信州医誌，66⑸：407～409，2018

下部尿路再生医療の実現へのトランスレーショナルリサーチ“次世代 Tissue Engineering”でのアプローチ
信州大学医学部泌尿器科学教室

今Ⅰ

村

はじめに

哲

也て，生体微小環境にもとづく Tissue Engineering の構築と新規に開発された科学技術を効果的に導入，融超高齢化社会を迎える本邦において，医療やヘルス合して，機能的な臓器・組織の再生をめざす考え方，ケアなどは，重要な位置づけにある。その中で，難治手技手法を「次世代 Tissue Engineering」と呼んで性・重篤疾患の治療，あるいは，患者の生活の質の改いる（図１）。

善・向上における，従来医療の一翼を担うとして期待されているのが再生医療である。特に，本邦では，再生医療関連の法制化が整い，世界に先駆けた再生医療先進国として歩んでいる。

Ⅲ 生体微小環境にもとづく Tissue Engineering の構築
われわれは，マウス膀胱凍結傷害モデルを用いて，泌尿器科領域では，名古屋大学を中心に，本学，金骨髄由来細胞の注入移植によって機能的な膀胱が再生沢大学，獨協大学で，45症例の前立腺全摘術後の男性することを報告した 1）。同時に，再生機序について，腹圧性尿失禁患者に対して，自己脂肪由来幹細胞を傍Tissue Engineering の視点から考察した。凍結傷害尿道へ注入する細胞療法の多施設共同治験が実施され部位での平滑筋層には，ハニカム様構造が形成されてた。現在，細胞療法の有効性，および，安全性の解析おり，細胞の足場としての役割を担っていると考えた。

が進められている。

さらに，凍結傷害を与えた膀胱では，平滑筋細胞へのわれわれは，主として膀胱と尿道を指す下部尿路に分化に関与する細胞成長因子を含む19種類の細胞成長対する再生医療研究を精力的に行っている。本稿では，

因 子 mRNA が 有 意 な 増 加 を 示 し た 。 し た が っ て ，「次世代 Tissue Engineering」をキーワードとして，Tissue Engineering を構成する３要素（細胞・細胞下部尿路再生医療の本格的な実現を見すえて取り組んの足場・増殖因子）を満足したことから膀胱が再生さでいる研究を紹介する。

れたと考察するとともに，目的の組織・臓器の再生をⅡ

次世代 Tissue Engineering

再生医療の基盤技術は，細胞生物学であり，近年の画期的な進歩によって再生医療実現に大きな貢献をしめざしたとき，その部位の生体微小環境に適した Tissue Engineering の構築が重要であることを示した2）。
Ⅳ再生ソースとしての立体型組織構造体の作製ている。一方で，（幹）細胞による治療効果を最大限にわれわれは，放射線照射した膀胱に骨髄由来細胞を引き出す細胞利用技術，再生医療における安全性を確

直接注入移植すると，機能的な膀胱が再生されること保する細胞加工技術，治療における患者への負担を最を示した3）。しかし，繊維化が進んだ膀胱への直接注小限にするデリバリーシステムの確立など，再生医療入移植では，細胞の生着率が非常に低いという課題がの実用化に向けた基盤技術の開発には，組織工学（Tis-残った。そこで，温度応答性培養皿を利用した骨髄由sue Engineering）が必須である。

来細胞シートを作製して，放射線照射した膀胱にパッ

Tissue Engineering は，1993年に Langer 博士とチ移植した。すると，細胞シート構成する骨髄由来細Vacanti 博士が「細胞の足場となる生体分解性材料に胞のパラクリン効果によって，機能的な膀胱が再生し細胞を播種して生体内に埋込み，生体内の環境によった4）。しかし，細胞シートは，厚みがなく，脆弱であて最適な組織が形成される」と提唱したものである。

ることなどが課題として残った。

われわれは，Tissue Engineering の概念を基礎にしNo. 5, 2018

これらの移植細胞の利用技術，レシピエント組織へ
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最新のトピックス

次世代Tissue Engineering

Tissue Engineeringの概念を基礎として、生体微小環境にもとづくTissue Engineeringの構築と新規の科学技術を効果的に導入、融合して、機能的な臓器・組織の再生を目的とする考え方・手技手法

生体微小環境に基づく
Tissue Engineeringの構築

新規に開発された科学技術の導入・融合
Ø バイオ3Dプリンター
Ø 最新の細胞生物学

再生を目指す組織や臓器の生体微小環境に適したTissue EngineeringØ 先端科学技術の応用

Tissue Engineering

Robert S. Langer / Charles A. Vacanti「Tissue Engineeringとは、失われた組織や臓器機能を修復、弛緩、増進するための臓器代替物の開発を目指した学際的な学問分野である。」(1993年）

図１

図1

われわれの下部尿路再生医療研究の Strategy

われわれの下部尿路再生医療研究のStrategyの移植方法に対する課題を克服するために，生体組織再構築，低酸素状態の改善と線維化の抑制が認められを３次元印刷（Biofabrication）する技術であるバイた。膀胱機能に関しては，偽手術を行った対照群と比オ３D プリンターを導入して，間葉系幹細胞から膀較すると，著しい頻尿が改善されるとともに，有意な胱再生ソースとしての立体型組織構造体の作製を試み残尿量の低下が認められた。以上の結果から，構造体た。 われわれが導入したバイオ３D プリンターは，移植によって機能的な膀胱が再生することを報告し本邦で，中山博士らが開発した「レジェノバ」（株式た5）。

会社サイフューズ，渋谷工業株式会社）である。基本

この基礎研究成果を臨床での実用化技術として発展的なプロセスは，細胞凝集体（スフェロイド）をコンさせるためには，骨髄由来細胞の大量培養，高品質なピューター制御によってステンレス針（剣山）に配置，スフェロイド形成システム，立体組織構造体のスケー積層して，成熟させる循環培養を経た後，剣山を抜去ルアップ，移植時の低侵襲なデリバリーシステムなどすると構造体が構築されるというものである。の技術開発が挙げられる。これらの課題に対しても，

Ｖ 骨髄由来細胞立体組織構造体による機能的な膀胱の再生

最新の細胞生物学の知見，先端科学技術を効率的に，効果的に導入，融合することで，克服が可能であると考えている。われわれは，このような考え方，手技手

われわれは，株式会社サイフューズとの共同研究に法を「次世代 Tissue Engineering」と呼び，動物実よって，骨髄由来細胞から立体型組織構造体の作製に験を中心とした下部尿路再生医療研究を精力的に進め成功した（図２）。さらに，放射線照射した膀胱に骨ている。

髄由来細胞立体組織構造体（以下，構造体と呼ぶ）を移植すると，移植された構造体は，レシピエント膀胱Ⅵ

おわりにに生着した。特筆すべきは，生着した構造体内に，レ

本邦では，実臨床における再生医療の法的整備がさシピエント側から伸展してきた血管が侵入するとともれたが，従来医療の一翼を担う一般的な治療とするにに，その周辺では，構造体を構成している骨髄由来細は，解決しなければならない課題が山積している。し胞の平滑筋細胞への分化が認められた。また，構造体

かし，再生医療は，難治性・重篤疾患に対して，あるを移植した膀胱組織では，膀胱平滑筋層や神経細胞のいは，患者の QOL 向上に対して，多大な貢献をする

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信州医誌

Vol. 66

No.1

No.2

No.3

6/10（⾦）
5×10^4/wellのスフェロイドを9（縦）×9（横）×3（高さ）積層

最新のトピックス

Bio 3D-Printer: Regenova

骨髄由来細胞立体組織構造体

GFP発現ラットBMCのスフェロイド作成〜積層

骨髄由来細胞スフェロイドの配置・積層

骨髄由来細胞スフェロイド
骨髄由来細胞5 mm x 5 mm x 3層

Biofabrication・循環培養

スフェロイド形成

図2

10%FBSDMEM LGで灌流培養
図２ バイオ３D
プリンターによる骨髄由来細胞立体型組織構造体の作製工程
バイオ3Dプリンターによる骨髄由来細胞立体型組織構造体の作製工程

医療技術であると信じている。われわれは，「次世代医療の実用化に向けて，真摯に邁進していきたいと考えている。
6/17（⾦）10%FBS DMEM LGで半量交換

Tissue Engineering」という概念を念頭に置き，ひとり一人に即した質の高い医療の提供を可能にする再生文献1） Imamura T, Kinebuchi Y, Ishizuka O, Seki S, Igawa Y, Nishizawa O : Implanted mouse bone marrow-derived cells

6/20（月）抜去して、10%FBS DMEM LG培地で搬送（20℃）

reconstruct layered smooth muscle structures in injured urinary bladders. Cell Transplantation 17 : 267-278, 2008

6/17（⾦）10%FBS DMEM LGで半量交換

Cyfuse Biomedical

GFP発現ラットBMCのスフェロイド作成〜積層初代培養・継代培養

10%FBS DMEM LGで灌流培養

6/10（⾦）
6/20に抜去して搬送（20℃）。6/21に信州大に到
剣山
5×10^4/wellのスフェロイドを9（縦）×9（横）×3（高さ）積層2）
ImamuraT, Yamamoto T, Ishizuka O, Gotoh M, Nishizawa O : The microenvironment of freeze-injured mouseCyfuse Biomedica
CyfuseBiomedical
urinary bladders enables successful tissue engineering. Tissue Engineering 15 : 3367-3375, 20093） Imamura T, Ishizuka O, Zhang L, Hida S, Gautam S, Kato H, Nishizawa O : Bone marrow-derived cells implanted
into radiation-injured urinary bladders reconstructs functional bladder tissues in rats. Tissue Engineering Part A
18 : 1698-1709, 20124） Imamura T, Ogawa T, Minagawa T, Yokoyama H, Nakazawa M, Nishizawa O, Ishizuka O : Engineered bone marrow-derived cell sheets restore structure and function of radiation-injured rat urinary bladder. Tissue EngineeringPart A 21 : 1600-1610, 20155） Imamura T, Shimamura M, Ogawa T, Minagawa T, Nagai T, Gautam SS, Ishizuka O : Biofabricated Structures Reconstruct Functional Urinary Bladders in Radiation-injured Rat Bladders. Tissue Engineering Part A, in press.

No. 5, 2018409