iPS細胞を用いた疾患モデルの応用について
目次
01 パーキンソン病のメカニズムに関する研究 02 心筋梗塞に対する幹細胞治療 03 同種幹細胞免疫療法 04 アルツハイマー病の薬物スクリーニングパーキンソン病のメカニズムに関する研究
パーキンソン病研究のためのPARK2-KO-iPSモデルの構築
パーキンソン病（PD）は、中脳の黒質緻密部（SNc）のドーパミン作動性ニューロンの進行性喪失により、線条体のドーパミンが枯渇することを特徴とする神経変性疾患です。孤発性および家族性PDのメカニズムは、ミトコンドリア機能障害と酸化ストレスに大きく起因しています。ミトコンドリア機能に重要な影響を与えるPARK2遺伝子の変異は、常染色体優性家族性パーキンソン病を引き起こす可能性があります。
パーキンソン病のメカニズムに関する研究では、パーキンソン病遺伝子のノックアウト動物モデルが用いられてきましたが、このモデルは軽度の疾患表現型しか示すことができません。家族性PD患者由来の人工多能性幹細胞（iPS細胞）、または遺伝子編集によってPARK2変異を導入した細胞は、in vitroでヒトドーパミン神経細胞におけるパーキンソン病の機能障害を研究するために使用できます。PARK2変異を導入したPD患者iPS細胞由来ニューロンは、酸化ストレスの増加、α-シヌクレインの蓄積、不規則なミトコンドリアの形態と機能不全を示します。
著者らは、WT-iPSをベースにPARK2をノックアウトしてPARK2-KO-iPSを作製し、WT-iPSとPARK2-KO-iPSの両方をドーパミン神経細胞に分化させました。両iPS細胞のタンパク質の変化をパスウェイ解析したところ、PARK2 KOニューロンでは、細胞周期、酸化ストレス、エネルギー代謝の制御が乱れていることが判明されました。さらに、さまざまな実験から、PARK2-KOニューロンはミトコンドリアと形態の異常、解糖と乳酸代謝の不十分さ、細胞増殖と生存率の低下が確認されました。
心筋梗塞に対する幹細胞治療
心筋梗塞に対する幹細胞治療：CCND2を過剰発現させることで、hiPSC由来の心筋細胞の増殖能を高めることができます。
ここ数十年、末期のうっ血性心不全（CHF）の治療には大きな改善が見られますが、成功は心筋細胞の再生能力によって制限されています。進行性心不全の分子・細胞基盤は、損傷し死滅した心筋細胞が置換されません。心筋再生を促進する戦略としては、常在する心臓線維芽細胞を心筋細胞様細胞にリプログラミングする方法、身体幹細胞由来の幹・前駆細胞を移植する方法、内因性幹細胞のリクルートまたは内因性心筋細胞の細胞周期活性・増殖促進を目的とした治療法があります。
著者らは以前、CCND2の過剰発現がhiPSC由来の心筋細胞の増殖を促進することを明らかにしました。その後、ヒト人工多能性幹細胞（hiPSC）をWT-CCND2またはOE-CCND2で心筋細胞（CCND2WT-CMまたはCCND2OE-CM）に分化させ、梗塞したブタの心臓に移植しました。心筋機能、心筋細胞の増殖、病変部の血管新生、心筋細胞の酸素耐性を評価した結果、野生型（WT）のCCND2ヒト心筋細胞に比べ、過剰発現（OE）のCCND2ヒト心筋細胞は増殖や心臓修復能力が強く、梗塞部の縮小や心機能の改善が見られ、良好な治療効果があることが実証されました。
同種幹細胞免疫療法
同種幹細胞免疫療法：iPS細胞はin vitroで無期限に培養でき、高い誘導効率でリンパ系への分化に成功しました。
アドプト細胞療法とは、免疫細胞を分離し、in vitro（ex vivo）で操作した後、治療介入として患者に投与することを指します。特に、キメラ抗原受容体（CAR）を用いた血液疾患やがん疾患の治療における細胞療法や免疫療法のアプローチが注目されています。ユニバーサル（同種）細胞免疫療法のアプローチには、CAR-T、TCR-T、NK細胞などがあり、患者集団全体の治療に使用することができます。これらの治療法は、幅広い応用の見通しと治療効果がある一方で、いくつかの課題も抱えています。しかし、iPS細胞と遺伝子編集を組み合わせることで、これらの困難の一部を解決することができます。
CAR-T療法の治療原理は、腫瘍細胞の表面抗原と一致するCAR分子をT細胞の表面に発現させることで、腫瘍細胞を特異的に殺傷することです。CAR-T療法は、一般的に患者のT細胞を用いて編集・形質転換を行いますが、患者のT細胞の拡大や機能に限界がある、T細胞の編集が難しい、CAR-T細胞の準備に時間がかかるなどの問題があり、患者の治療が遅れることがあります。NK療法の原理はCAR-T療法と同様で、自己または同種免疫エフェクター細胞を分離してin vitroで活性化し、患者に注入して腫瘍を直接殺傷したり、宿主の抗腫瘍免疫反応を刺激するものです。しかし、NK細胞は増殖能力に限界があり、遺伝子改変も困難です。
iPS細胞と当社の遺伝子編集技術を組み合わせることで、これらの問題を解決することができ、iPS細胞はin vitroで容易に遺伝子改変を行うことができます。ヒト白血球抗原（HLA）やT細胞受容体（TCR）など免疫に関わる遺伝子を編集することで、免疫原性を効果的に低減し、適用性、効率性、耐久性を高めたユニバーサルCAR-T細胞を開発することができます。iPS細胞はin vitroで無限に培養でき、リンパ様細胞への分化に成功し、初代細胞の数が限られていて、増殖が困難という問題も解決されます。iPS細胞からNK細胞への誘導成功率は高く、その機能表現型は成熟しています。
アルツハイマー病の薀物スクリーニング
アルツハイマー病治療薬のスクリーニング：Aβ42-OE-iPSの樹立により、Aβ42の阻害剤のスクリーニングが可能です。
アルツハイマー病（AD）は、進行性の認知・行動障害を特徴とする中枢神経系の変性疾患であり、典型的には晩年期に発症します。現在、βアミロイドタンパク質（Aβ42）の脳内への過剰な蓄積が病気の原因であると考えられています。Aβ42を阻害する薬剤をスクリーニングするためには、Aβ42-OE-iPS（Aβ42を過剰発現する人工多能性幹細胞）を樹立し、神経細胞へと分化させることができます。その後、ハイスループット・スクリーニングを行い、Aβ42の有効な阻害剤を同定することができます。
ワンストップ・マウスモデル検索プラットフォーム：MouseAtlas
MouseAtlas（マウスアトラス）は、KOマウスからヒト化マウスまで、遺伝子や製品モデル名で検索できるプラットフォームです。生体マウスか精子凍結状態か、リアルタイムの在庫状況、検証データ、詳細な説明を直感的に確認でき、直接注文も可能です。社内の製品管理システムと連携して常に最新情報が更新されており、現在39,000種類以上のモデルマウスを収録しています。研究者の皆様にとって非常に便利なワンストップソリューションです。
