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特 集

明日の診療に役立つ細胞分子生物学

Topics 2
再生医療― iPS 細胞の応用―
齋藤潤

要旨：人工多能性幹細胞（iPS 細胞）は，①すべての細胞・組織に分化できる多能性を有する，②体細胞より誘導できる，という利点があり，これを用いた再生医療の発展が期待されている．iPS 細胞の安全性を高める研究や，さまざまな分化細胞を用いた移植医療に関する研究が着々と進められている．HLAホモ接合体ドナー由来の医療用iPS細胞ストック作製が開始されており，iPS 細胞を用いた再生医療の実現は近いと考えられる．
キーワード：iPS 細胞，再生医療，同種移植，細胞分化iPS cells, Regenerative medicine,Allogeneic transplantation, Cell differentiation

連絡先：齋藤潤〒606‑8507 京都市左京区聖護院河原町 53
京都大学 iPS 細胞研究所臨床応用研究部門（E-mail: msaito@cira.kyoto-u.ac.jp）

626

日呼吸誌

Topics 23（5），2014

iPS 細胞とは人工多能性幹細胞（inducible pluripotent stem cells：iPS 細胞）とは，京都大学の山中らによって樹立された幹細胞の一種である（図 1）．その特徴は，①すべての細胞・組織に分化できる多能性（pluripotency）を有する，②体細胞より誘導できる，という点にある．2006 年にマウス iPS 細胞1），2007 年にヒト iPS 細胞が樹立された2）3）．
iPS 細胞は，形態，自己複製能，多分化能および遺伝子発現プロファイルなどからヒト胚性幹細胞（embryon-

図 1 ヒト iPS 細胞．

ic stem cells：ES 細胞）にきわめて類似しているが，樹立が非常に困難な ES 細胞と異なり，手順に従えば，基本的にあらゆるドナーの体細胞から作製できるという大ま遺伝子御挿入部位に存在した内在性の癌原遺伝子を活きなメリットを有する．このため，① iPS 細胞由来分化性化する可能性があった．現在では，① cMyc 遺伝子を細胞を用いた薬物の毒性/有効性評価試験系の開発，②疾使用しないで iPS 細胞を樹立する，② iPS 化に必要な因患特異的 iPS 細胞の病態解明や創薬への応用，③細胞移子をゲノムに組み込まない，といった手法が開発され，植治療用ソースとしての利用，などの幅広い医療分野へ安全性が大きく向上している5）．さらに，分化細胞の集団の貢献が期待されている．特に，細胞移植治療用ソースから未分化な細胞を注意深く取り除くこと，分化抵抗性としての利用は，ES細胞のもつ倫理的問題（ヒトの胚をの iPS 細胞クローンを排除することなどにより，実際に滅失して作製する）と免疫学的問題（樹立された ES 細iPS 細胞由来細胞を移植した際の腫瘍発生リスクをきわ胞株が数株のみであり HLA 型の適合性が担保できない）めて低くすることができると考えられる．

を回避できることから，きわめて大きな期待がもたれている（図 2）．

iPS 細胞の臨床試験へ向けた動き

安全な iPS 細胞の作製

文部科学省は「再生医療の実現化プロジェクト」という委託研究で，iPS 細胞を含む幹細胞を用いた再生医療

iPS 細胞の樹立は，線維芽細胞などの体細胞に iPS 細を実現させるためのプラットフォームを推進してきた．

胞化（初期化という）のために必要な遺伝子を導入する

平成 25（2013）年度から新たに「再生医療実現拠点ネッことにより行われるが，当初導入された遺伝子はOct3/4，トワーキングプログラム」（http://www.jst.go.jp/saisei-

Sox2，Klf4，cMyc の 4 種であった．これらをレトロウ

nw/index.html）が開始されており，再生医療への応用

イルスで導入した iPS 細胞をマウスの胚に打ち込んで，へ向けた前臨床試験が加速することが期待される．この正常胚由来と iPS 細胞由来の細胞をもつキメラマウスをなかで，iPS 細胞研究中核拠点として京都大学が採択さ作製したところ，cMyc 遺伝子の再活性化により，高率れ，iPS 細胞を用いた再生医療の実現化のため，再生医に腫瘍が発生することがわかった．外来性 cMyc を用い療に使用可能な iPS 細胞のストックの作製を推進するこずに iPS 細胞を樹立すると，キメラマウスの腫瘍発生頻ととなった．また，網膜色素上皮，神経，心筋，血小板度は野生型マウスと同程度になった ．cMycは癌遺伝子など，iPS 細胞からの分化細胞を用いた再生医療実現化であり，この遺伝子を用いることが腫瘍化のリスクを上のための拠点が採択されている．

4）

げていることが考えられた．また，従来の方法はレトロ

京都大学 iPS 細胞研究所では，iPS 細胞の再生医療応ウイルスベクターを用いており，iPS 細胞のゲノムには用に向けて，規制化学部門に細胞調整センター（Facility

上述の転写因子が組み込まれている．cMyc を使用しな

for iPS cell Therapy：FiT）を設立し，Good Manufactur-いとしても，レトロウイルスベクターを用いるとたまた

ing Practice（GMP）基準に合致した安全な iPS 細胞を

特集

図2

明日の診療に役立つ細胞分子生物学

627

iPS 細胞を用いた移植医療の流れ．

樹立・維持するための研究事業を進めている．また，京生着し機能を発揮するためには，患者/ドナー間 HLA 完

都大学病院には 2011 年に iPS 細胞臨床開発部が設立さ全一致が理想的である．その場合，骨髄バンクやさい帯れ，iPS 細胞の疾患研究，再生医療に向けた連携を京都

血バンクのように HLA ドナーからの細胞供与を受けた

大学 iPS 細胞研究所と深めている．

ストックの整備が必要となるが，骨髄やさい帯血とは異なり iPS 細胞の製造および品質管理には多くの時間とコ

再生医療用 iPS 細胞ストック構想

ストがかかるため，実現性に乏しい．このため，主要組織適合抗原をホモでもつ人をドナーとした HLA ホモ iPS細胞を樹立し，これをストックしたうえで，他家移植のiPS 細胞を用いた細胞移植医療を移植免疫の観点からソースとして治療に用いるという構想がある5）〜7）．京都大

みると，拒絶が回避できるので，患者の iPS 細胞由来の学 iPS 細胞研究所では，HLA-A，-B，-DR の 3 座において目的細胞を患者本人に移植する自家移植が最も望ましい．

ホモ接合体のドナー（国民の約 2％）から複数の iPS 細

しかし，自家移植にもいくつかの問題がある．たとえば，胞株を樹立し，将来の細胞移植医療に利用可能な医療用① iPS 細胞の樹立および品質評価と目的細胞への分化にiPS 細胞ストックを確立することを計画している．日本

1 年近くかかるので，疾病・創傷の発生後に速やかに細人で高頻度にみられる HLA ハプロタイプをホモ接合体胞移植を行わないと効果が期待できない場合，発生後にとしてもつドナー（HLA ホモドナー）（表 1）から iPS 細

iPS 細胞を作製開始しても間に合わない，②患者が遺伝胞を樹立すると，この iPS 細胞由来の細胞は同じハプロ疾患をもっている場合，作製した iPS 細胞も同じ遺伝子タイプをもつヘテロ接合体レシピエントにも拒絶のリス変異をもつので，細胞レベルでの遺伝子治療が必要になクが少なく移植できる．HLA（3 座）ホモドナー由来のる，③すべての人に自家移植用の iPS 細胞を作製するのiPS 細胞を 50 株樹立し，ストックとして供給できれば，は，コスト面から不可能である，といった理由である．

国民の 7 割へ 3 座一致により拒絶反応のリスクを低減しこのため，HLA適合ドナーからの同種（他家）移植を選た移植が可能と試算される5）．このような形でドナーをリ択肢に入れる必要がある（図 3）．

クルートし，iPS 細胞を樹立して，ストックしておくこ

iPS 細胞由来分化細胞が同種（他家）移植後に十分にとにより，迅速に分化細胞を得て，治療に応用すること

628

日呼吸誌

Topics 2

図3

表1
順位
12
3
4
5
6
78
9
10

B

24:02
＊33:03＊24:02＊24:02＊02:07＊11:01＊24:02＊11:01＊24:02＊26:01

52:01＊44:03＊07:02＊54:01＊46:01＊15:01＊59:01＊54:01＊40:06＊40:02＊＊

自家移植と同種移植．

た拒絶のリスクは減るが，おそらくマイナー組織適合性

日本人 HLA ハプロタイプ頻度

AABR

ハプロタイプ
頻度

24:02-＊52:01-＊15:02＊33:03-＊44:03-＊13:02＊
24:02-＊07:02-＊01:01＊24:02-＊54:01-＊04:05＊02:07-＊46:01-＊08:03＊
11:01-＊15:01-＊04:06＊
24:02-＊59:01-＊04:05＊
11:01-＊54:01-＊04:05＊
24:02-＊40:06-＊09:01＊
26:01-＊40:02-＊09:01

8.275％
4.248％
3.769％
2.695％
1.940％
1.391％
1.097％
0.995％
0.857％
0.797％DRB115:02＊13:02＊01:01＊04:05＊08:03＊04:06＊04:05＊04:05＊09:01＊09:01＊＊

3（5），2014［HLA研究所（http://www.hla.or.jp/haplo/haplodl.php?lang=ja）
より引用］

抗原の不一致や NK 細胞免疫による拒絶を防ぐため，いずれにせよレシピエントへの免疫抑制剤投与は必要と考えられる．

呼吸器系の再生へ向けた研究
最後に，呼吸器上皮細胞の多能性幹細胞を用いた再生医療に向けた研究を紹介したい．肺の初期発生を概観す
ると，以下のとおりとなる．まず，胚体内胚葉（deﬁnitiveendoderm）から原腸が生じる．続いて，原腸の前部前腸腹側内胚葉（ventral anterior foregut endoderm）より肺芽（lung bud）が生じるが，これが肺や気管支などの呼吸器の原基となる．胚芽では，臓器特異的転写因子NKX2.1が可能になると期待される．
上述のように，免疫拒絶の観点からは，同種移植よりが発現する．ヒト多能性幹細胞から肺・気管支構成細胞への分化は，基本的にこの発生過程をでトレーは自家移植のほうが望ましく，iPS 細胞を用いた細胞移スする，定方向性分化（directed diﬀerentiation）法で試植治療においても，同様の考え方がありうる．しかし，みられている．近年，ヒト多能性幹細胞よりの定方向性

現状の技術では，iPS 細胞の株ごとに質のばらつきが生分化により，NKX2.1 陽性の肺芽細胞を経て，肺胞およじるため，1 株の品質管理・保証には大きなコストや時び気管支上皮細胞を分化誘導することに成功した，とす間を要する．一方，iPS 細胞はほぼ無限の自己複製能をる報告が複数なされている．マウスモデルでは，脱細胞有する．したがって，できるだけ汎用性の高い株を樹立化したマウス肺にマウス ES 細胞から誘導した Nkx2.1＋し，徹底した品質管理のもと供給できる体制を構築する

前駆細胞を注入する実験により，脱細胞肺を足場にしてことが現実的な方策である．この観点からも，オーダー前駆細胞が生着し，上皮様構造を維持することが示されメイドで iPS 細胞を作製し品質管理を行うより，HLA ホ

ヒトES細胞より，NKX2.1＋FOXA2＋ている8）．Huangらは，モ接合体ドナー由来の医療用iPS細胞ストックを作製し，前方前腸内胚葉細胞を高効率に誘導し，これらの細胞よ厳密な品質管理を行うほうが望ましいと考えられる．たり基底細胞，杯細胞，クララ細胞，線毛細胞，I 型およだ，同種 iPS 細胞ストックを用いた場合，HLA に関連しび II 型肺胞上皮細胞などの肺・気道上皮細胞を誘導でき特集

明日の診療に役立つ細胞分子生物学

629ることを示した9）．この方法で誘導した II 型肺胞上皮細cultures by deﬁned factors. Cell 2006; 126: 663‑76.

胞は SP-B 蛋白を取り込み，刺激に応じて分泌すること

2）Takahashi K, et al. Induction of pluripotent stemができたという．

cells from adult human ﬁbroblasts by deﬁned factors. Cell 2007; 131: 861‑72.
3）Yu J, et al. Induced pluripotent stem cell lines de-

おわりに

rived from human somatic cells. Science 2007; 318:
1917‑20.

iPS 細胞の出現が再生医療分野に与えた影響は，きわ4）Nakagawa M, et al. Generation of induced pluripo-

めて大きい．そのアプローチは従来型の幹細胞医療と全tent stem cells without Myc from mouse and hu-

く異なっていることから，安全性の証明や制度面の整備

man ﬁbroblasts. Nat Biotechnol 2008; 26: 101‑6.に課題があるものの，着実に問題は解決されつつある．

5）Okita K, et al. A more eﬃcient method to generate

近い将来，さまざまな細胞を医療用 iPS 細胞ストックかintegration-free human iPS cells. Nat Methods 2011;

ら分化誘導し，実際に細胞移植に用いることになるだろ

8: 409‑12.

う．多能性幹細胞からの分化誘導法とそれを細胞治療に用いるストラテジーは驚異的な速度で発展しており，多6）Nakatsuji N, et al. HLA-haplotype banking and iPScells. Nat Biotechnol 2008; 26: 739‑40.

くの傷病に対する再生医療が提供される日も遠くないと

7）Turner M, et al. Toward the development of a glob-想像される．一人でも多くの患者に安全かつ有効な治療

al induced pluripotent stem cell library. Cell Stemが提供されるよう，引き続き研究の発展を祈念したい．

Cell 2013; 13: 382‑4.
8）Longmire TA, et al. Eﬃcient derivation of puriﬁed

著者のCOI（conﬂicts of interest）開示：本論文発表内容にlung and thyroid progenitors from embryonic stem
cells. Cell Stem Cell 2012; 10: 398‑411.

関して特に申告なし．

引用文献1）Takahashi K, et al. Induction of pluripotent stem

9）Huang SX, et al. Eﬃcient generation of lung andairway epithelial cells from human pluripotent
stem cells. Nat Biotechnol 2014; 32: 84‑91.

cells from mouse embryonic and adult fibroblast

Abstract
Regenerative medicine: An application of iPS cells
Megumu K. Saito
Department of Clinical Application, Center for iPS Cell Research and Application（CiRA）, Kyoto University
Human inducible pluripotent stem cells（iPSC）are pluripotent cell lines that have the potential ability to differentiate
into all cell types of human body. iPSCs can be established from somatic cells of each individual. iPSC-based cell therapy
among the most promising applications for the field of regenerative medicine. Several ongoing studies are available regarding establishment of a safe and effective cell transplantation therapy by using iPSC-derived differentiated somaticcells. The construction of a clinical-grade iPSC stock library from donors with homozygous HLA allele is also now inprogress. Overall, iPSC-based regenerative medicine will soon be provided.