iPS細胞を用いてヒト肝臓発生の複雑なメカニズムを解明〜再生医療の実現を加速〜

英国科学誌『Nature』に掲載

横浜市立大学 学術院医学群 臓器再生医学 関根圭輔助教、武部貴則准教授、谷口英樹教授らの研究グループは、ドイツ・マックスプランク研究所のBarbara Treutlein、シンシナティ小児病院と共同で最先端の1細胞遺伝子発現解析技術を駆使したビッグデータ解析により、ヒトiPS細胞からミニ肝臓*1の形成過程で生じる多細胞間の相互作用を解析し、ヒトの肝臓発生に重要かつ複雑な分子メカニズムを世界で初めて明らかにしました。
そして、本研究グループが2013年に確立したミニ肝臓作製技術は、従来のヒト肝細胞作製技術と比べ、血管形成促進作用を含むさまざまな性能において優れている可能性が示唆されました。

本研究で得られたビッグデータは、今まで研究が困難であったヒトの臓器発生に関する基礎研究のための画期的なツールとなるのみならず、iPS細胞から作製したミニ肝臓の機能性や安全性を評価するための重要な基盤情報となります。
これらの情報を活用することで、ヒトiPS細胞を用いたミニ肝臓の品質を安定化するための手法の確立が期待され、再生医療や創薬応用が飛躍的に加速されます。

研究の背景

多種類の細胞で構成される複雑なヒト臓器の発生過程においては、臓器を構成する異なる細胞間における相互作用が、機能を発揮する上で重要な役割を担うと考えられています。
これらを解明することは、ヒトにおける臓器発生の基礎生物学的知見を得ることに重要なばかりか、将来の再生医療応用のために用いる細胞や組織を構成する細胞の機能性や安全性を厳密に評価することが極めて重要です。
しかしながら、マウスなどの動物を対象とした研究とは大きく異なり、ヒト臓器の発生・成熟における細胞間相互作用を明らかにするための有効なツールが存在しないために、これまでその実体はほとんど明らかになっていませんでした。

一方、横浜市立大学の研究グループは、2013年にヒトiPS細胞から分化誘導した肝内胚葉細胞、血管内皮細胞、間葉系細胞を最適な比率・培養液・細胞外基質上で培養することにより、肝臓の基となる立体的な肝臓の原基（肝芽、ミニ肝臓）をin vitro培養条件下で創出する画期的な細胞培養技術を確立しています（Nature 499(7459): 481-4, 2013 ）。
これまでに、人為的に作製したミニ肝臓は、生体内における臓器発生の初期段階で形成される肝臓に極めて類似していたことから、ヒト臓器発生現象に迫るための有効なツールと考えられていました。

本研究では、ミニ肝臓発生過程で生じる多細胞間で生じる生命現象の全容解明を目指し、 独自の組織創出技術であるミニ肝臓を対象として、１細胞レベルの全遺伝子発現情報の取得を行いました。
さらに、複雑なビックデータ解析技術を活用することにより、ミニ肝臓発生段階では、血管化を促進する遺伝子群を始めとして多様な分子シグナルが活性化することを見いだしました。このような極めて精度の高い解析手法を活用することにより、 将来的に、再生医療に用いるヒトiPS細胞から作製した細胞や組織を対象とした画期的な品質評価手法が確立できるものと期待されます。
これにより従来の評価手法では困難であった、分化誘導した細胞のバラツキ、例えば分化細胞の割合や未分化iPS細胞が残存する割合を精度高く評価することが可能となります。

（図１）ヒトiPS細胞から創出したミニ肝臓、およびミニ肝臓の材料となる肝内胚葉細胞と血管内皮細胞、間葉系細胞それぞれについて、細胞を分散し、ひとつひとつばらばらの状態で捕捉します。
それぞれの細胞の全発現遺伝子情報を次世代シークエンサーを用いて解読し、ビッグデータ解析により、視覚的に理解できるように分類・整理して解析しました。
http://www.yokohama-cu.ac.jp/amedrc/news/d0md7n0000001318-img/2017Nature_zu1.jpg
--- 引用ここまで　全文は引用元参照 ---

▽引用元：横浜市立大学　2017.06.15
http://www.yokohama-cu.ac.jp/amedrc/news/20170614_sekine.html

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