eLetter 2022年夏号

多能性幹細胞における代謝機構に基づく心筋再生治療法の開発
遠山 周吾
慶應義塾大学医学部循環器内科

はじめに症心不全に対する心筋再生治療法への期待が高まってい心臓移植は重症心不全に対する唯一の根本的治療法でる。しかしながら、臨床応用に際しては、ヒトiPS細胞あるが、ドナーの不足が深刻であり、標準的な治療法とおよびヒトiPS細胞由来心筋細胞（ヒトiPS心筋細胞）の大なり得ていない。そこで心臓移植に代わる治療法の開発

量生産、残存未分化幹細胞の除去、ヒトiPS心筋細胞のが求められている。2007年に京都大山中教授らにより純化精製、ヒトiPS心筋細胞の効率的な移植システム等、樹立されたヒト人工多能性幹（iPS）細胞は、無限増殖能多くの課題を克服しなければならない（図）。筆者らは、および分化能を有する万能細胞であり、ヒト胚性幹細胞

ヒトiPS細胞およびヒトiPS心筋細胞における代謝機構をにおける倫理的問題等を克服することができるため、重解明することで、上述の課題を克服する技術を開発して

図：ヒトiPS細胞を用いた心筋再生治療法の流れ
ヒトiPS細胞を用いた心筋再生治療法の具現化に際しては、ヒトiPS細胞の増殖、ヒトiPS心筋細胞の大量生産、残存未分化幹細胞の除去、ヒトiPS心筋細胞の純化精製、ヒトiPS心筋細胞の効率的な移植システム等、多くの課題を克服しなければならない

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日本心不全学会
きた。本稿では、重症心不全に対するヒトiPS心筋細胞移より実用的な方法を開発するために、各細胞における植を具現化するための課題を克服する方法および今後のエネルギー源の違いを利用することで、心筋細胞のみ展望を紹介する。

を効率的に選別することのできる培養液の開発を目指した。その結果、ヒトiPS細胞や非心筋細胞は酸素の有無に関わらず、グルコースおよびグルタミンをエネルギー源にしていることがわかった。したがって、グルヒトiPS細胞の大量作製
心不全患者1人を治療するには数億個の心筋細胞が必コースおよびグルタミンを除去した培養液に暴露させ要であることが想定されているため、ヒトiPS細胞を大ると、ATPが不足し、ヒトiPS細胞や非心筋細胞は速や量に作製する必要があるが、臨床用の培養液は高価かかに死滅することを確認した。一方で、ヒトiPS心筋細つ増殖に不適であった。そこで、ヒトiPS細胞を効率的胞は、グルコースおよびグルタミンを除去した培養液に増殖させる方法の確立を目指した。詳細なアミノ酸に暴露しても、乳酸が存在すれば長期間生存できるこ

プロファイリングを行ったところ、トリプトファンとがわかった11-12）。これらの性質を利用することにより、（TRP）がヒトiPS細胞の増殖と維持に重要な役割を果た

グルコースおよびグルタミン除去乳酸添加培養液によしていることがわかった。さらに、メタボローム解析

り、成熟した心筋細胞のみを大量に選別することが可により、TRP添加条件下で細胞内および細胞外キヌレニ能となった12-13）。また、筆者はヒトiPS細胞において脂ン（KYN）が減少するのに対し、KYNの上流代謝物であ肪酸合成経路が活性化している性質を利用し、脂肪酸るN-ホルミルキヌレニン（NFK）が増加し、それによっ合成酵素阻害薬であるオルリスタットを用いることで、てヒトiPS細胞の増殖の促進に寄与することが明らかに他領域でも応用可能な未分化幹細胞除去法を開発するなった。したがって、TRP強化培地により大量のヒトことに成功した14-15）。

iPS細胞を効率的に作製できることが示された1-2）。
ヒト iPS心筋細胞の大量培養
ヒト iPS細胞から心筋細胞への分化誘導

上述の通り、心不全患者1人を治療するには数億個のヒトiPS細胞から心筋細胞を作製する方法は、正常な心筋細胞が必要であることが想定されているため、一胚の心臓発生のメカニズムに基づいている。近年の研度に数億個の心筋細胞を作製するシステムの開発が必

究では、Bone morphogenic protein（BMP）やActivin A、要である。従来の3次元(3D)大量培養システムは、スケーWnt、BMP阻害剤、Wnt阻害剤等が心筋細胞の誘導におルアップ等が可能であるが、非心筋細胞が内部に分布。特に、Wntシグナルの活性化には、する場合には、純化精製が不十分になることがわかっ

Glycogen synthase kinase3の阻害剤であるCHIR99021

た。一方で、2次元(2D)培養システムは、多能性と増殖能、が、Wntシグナルの抑制にはIWR-1やIWP-2などのWntさらには分化能をいずれも高いレベルで維持できるた

いて用いられる

3-6）阻害剤が用いられることが多い。

7-8）

め、高純度心筋細胞の作製が可能である 16）。しかしながら、2Dの大量培養システムは存在しなかった。そこで、筆者らはアクティブガス換気を搭載した多層（10層）培養プレートを使用することにより、一度に約10億個のヒト iPS心筋細胞の純化精製
臨床使用のために克服すべき最も重要な障壁の1つ心筋細胞を作製することに成功した16）。

は、移植時の非心筋細胞および未分化幹細胞の混入によって引き起こされる腫瘍形成である。筆者あるいは他のグループにより、ミトコンドリア色素または心筋ヒト iPS心筋細胞の移植特異的表面タンパク質に対する抗体を使用した心筋純

単離した心筋細胞を心筋内に直接注入した際には、ほ。ただし、これらの方法は、とんどの移植細胞が流出あるいは細胞死を引き起こすた

セルソータを用いるため、無菌性を担保しつつ、大量め、細胞の生着率が極めて低いことが知られていた17）。の心筋細胞を回収することが困難であった。そこで、そこで、高純度のヒトiPS心筋細胞から構成される直径化精製法を報告してきた

9-10）

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150µm程度の組織球を作製し、移植を行ったところ、授らはヒトiPS細胞から心筋シートを作製し、虚血性心9,18）。

筋症患者へ移植することに成功しており、循環器領域

また、筆者らは、移植後のホスト心臓のダメージを最小においてもヒトiPS細胞を用いた心筋再生治療の臨床応

限かつ移植心筋細胞を均一に分布させるために、ヒト用が開始されている 24）。今後は、腫瘍化に限らず、不iPS細胞由来心筋組織球の直接心筋内移植用デバイスを整脈や免疫学的拒絶等の多くの安全性に関わる課題を開発した 。さらに、前臨床心不全モデルにおいて、こ克服し、有効性を検証することにより、ヒトiPS心筋移れらのヒトiPS細胞由来心筋組織球をマイクロミニブタ植を心臓移植の代替治療法へと発展させることができのクライオインジャリーモデル心臓に移植し、心機能るだろう。

移植後の生着率を大幅に改善することを見出した

18）が有意に改善することを示した 19）。また、他のグループからも、心筋梗塞または虚血再灌流後のアプローチの心機能の改善と良好な安全性プロファイルが報告されている。

19-22）

謝辞
本研究成果は、共同研究者の先生方やご協力いただいている企業の皆様、再生医療グループメンバーによって得られたものであり、この場を借りて感謝申し上げ

ヒトiPS心筋細胞移植における課題
ヒトiPS心筋細胞移植における最も重要なリスクは腫瘍形成である。移植細胞における非心筋細胞および未分化幹細胞の混入を限りなくゼロに近づけることにより腫瘍形成のリスクを低減することができる。また、腫瘍形成と並んで重要なリスクは催不整脈作用である。腫瘍化は全ての再生医療に共通するリスクであるが、催不整脈作用はヒトiPS心筋細胞移植に特有のリスクといえる。
筆者らと他のグループは、レシピエント心臓への移植後最初の2週間から1か月以内に心室性不整脈が発生し、細胞移植後1か月で消失したことを報告している 19,22）。
この一過性の移植後心室性不整脈は、移植されたヒトiPS心筋細胞における高い自動能に関連している可能性がある21）。また最近、ヒトiPS心筋細胞移植後の催不整脈リスクは、アミオダロンとイバブラジンの併用治療によって大幅に減少する可能性があることが示された23）。

今後の展望
ヒトiPS細胞を用いた心筋再生治療における具現化・産業化を展開するためには、大量のヒトiPS心筋細胞を安価かつ安定して作製できるようにする必要がある。
また、腫瘍化を来たさないようにするためには、残存未分化幹細胞およびヒトiPS細胞由来の非心筋細胞の混入を回避することは不可欠である。筆者らはヒトiPS細胞とヒトiPS心筋細胞の代謝機構に焦点を当てることにより、再生医療に適した大量の高品質心筋細胞を回収する革新的方法を確立してきた1,2,11-15）。大阪大の宮川教3ます。また、私のメンターである福田恵一教授に御礼申し上げます。

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