平成２７年度

第２学年講義

組織再生

学習項目

病理学２

組織再生

組織修復・再生２．

幹細胞

３． 組織・臓器形成と再生医学

フロンティア医学研究所組織再生学部門

三高

１．

俊広

平成27年11月11日

病理学２

イモリ（両生類）の下肢の再生

切断“ヒトの体は再生するだろうか？”• 肩の付け根の神経が損傷されれば再生されない
Molecular Biology of the Cell 5th から引用

平成27年11月11日

病理学２

平成27年11月11日

病理学２

ヒトの足は再生するか？

「再生」の定義

NO
形態的にもまた機能的にも、失われた組織と同等に復元されること事故により切断した左足

平成27年11月11日

病理学２

平成27年11月11日

SUPPLEMENTARY INFORMATION
ヒトの指の再生
指を切っても病理学２

doi:10.1038/nature10346

マウス指先の再生 

繫ぐことはできる(機能的に再生することは可能）

 
 
 






Germ-layer and lineage-restricted stem/progenitors regenerate the mouse digit tip
Rinkevich Y, Lindau P, Ueno H, Longaker MT, Weisman IL. Nature 476: 409-414 (2011)                  

AP2-3の部分に様々な組織幹細胞が存在する

弘前大学整形外科ＨＰより

But…

指が生えてくることはない

ヒト(ほ乳類)の指は再生しない、と考えられてきました
平成27年11月11日

分化


組織幹細胞
(体性幹細胞）

病理学２



•
 •
•
•

皮膚・爪
筋肉
結合組織
血管




平成27年11月11日

病理学２肝臓の再生組織再生

Liver Regeneration

ギリシア神話の時代

ほ乳類においても条件が整えば組織の再生が起こる可能性がある

Prometheus
ギリシア神話

ヒトでも再生する臓器・組織がある

人間に火を与えたことで、Zeusの怒りをかい、コーカサスの山の岩に鎖で繋がれ、永遠に大鷲に肝臓をついばまれる刑に処された。
Prometheusは不死の身であったので肝臓は翌朝には元に戻ってしまう。
死ぬことも出来ず、毎日、永遠に苦しむ。
Prometheus Bound, Peter Paul Rubens (Philadelphia 美術館蔵）

平成27年11月11日

肝再生

病理学２

平成27年11月11日

恒常性維持−ホメオスターシス (Homeostasis)

Liver Regeneration

ラット２／３部分肝切除

病理学２Partial Hepatectomy (PH)

ヒトの成体は約６０兆（６ｘ１０13）個の細胞からなる
個々の細胞は寿命がある

Higgins & Anderson
Arch Pathol (1931)

老いた細胞は死に、分裂によって新しい細胞に置き換わる
ヒトの体の細胞は、数年でほぼ全て入れ替わる

切除後切除後７日目金沢大学癌研究所松本Ｌａｂ

臓器・組織の大きさは、成体では一定

ＨＰより

老化

細胞死

臓器・組織の実質細胞数減少

平成27年11月11日

病理学２

再生と細胞死のバランス＞

新生細胞

臓器・組織の萎縮

平成27年11月11日

病理学２

生理的再生系組織

ヒト正常組織の恒常性維持・再生

Physiologically renewal system

組織幹細胞（Stem cells）が細胞を生み出している・生理的再生系組織 (Physiologically renewal system)
皮膚・毛、小腸、血球・条件再生系組織(Conditionally renewal system)

• 皮膚：

•

約１ヶ月

• 爪：

•

0.1 mm/日

• 毛髪:

•

約10万本

• 血液：

•
•
•
•

赤血球 120日
顆粒球 〜２週間
Ｔ細胞 ４〜６ヶ月
血小板 １０日•••

吸収上皮細胞 ２〜４日
杯細胞 ３〜５日
Paneth cells 約30日

肝臓、結合組織、血管内皮、平滑筋
・非再生系組織• 小腸：(non-renewal system)

神経細胞、骨格筋、心筋平成27年11月11日

条件再生系組織再生するのに3ー6ヶ月

50ー100本/日脱毛• 子宮内膜： •28ー30日周期

• 精子：

〜64日

•

病理学２

B細胞

2ー6年成長

数日〜数ヶ月

平成27年11月11日

病理学２

ヒト生体肝移植

Conditionally renewal system

手術方法

・肝再生
・創傷治癒

Liver Regeneration
Healing of wound徳島大学外科ＨＰより＜奈良医大ＨＰより＞
平成27年11月11日

病理学２

平成27年11月11日

病理学２肝臓は再生する臓器

創傷治癒

創傷

(Wound)：体表面や体内臓器組織の損傷又は欠損

創傷治癒
Healing of wound

創傷治癒
Healing of wound

術前

術後1ヶ月

再生と修復

損傷部位が元の組織と同等に復元するか（再生）、
瘢痕(Scar)を残して修復(Repair)される機転再生
Regeneration

形態的にも、また機能的にも失われた組織と同等に復元されること

瘢痕
Scar

欠損組織が肉芽組織と（膠原collagen）
線維によって置換されること

術後5年
平成27年11月11日

Healing of wound

＊線維：
病理学２

(Regeneration and Healing)

生体内の繊維については「線維」が使われる
平成27年11月11日

再生する場合

再生と修復

病理学２

(Regeneration and Healing)

切創（手術創）再生しない場合

やけど後の肥厚性拘縮

一年後自然治癒
Wound Healing Center Homepageより

平成27年11月11日

病理学２

平成27年11月11日

病理学２

創傷治癒過程と肉芽組織

ケロイド(Keloid)

Granulation

第一期：炎症反応期

受傷後４，５日• 血液凝固により止血し、血小板から放出されたサイト
カインにより、好中球、リンパ球、単核球の遊走が起こる• 単核球が貪食細胞（マクロファージ）になり、放出するサイトカインにより線維芽細胞の遊走を促進する• 腫脹、発熱、発赤、疼痛（炎症の四徴）が起こる

第二期：増殖期（肉芽形成期）

創傷治癒過程で膠原（コラーゲン）線維が過剰に作られることによっておこる
皮膚から盛り上がった腸詰状、線条状の硬い組織
内因性・外因性：（良性線維増殖性病変）放射線被曝者や若い女性、精巣摘出患者に多い

受傷後〜１，２週• 線維芽細胞による膠原線維（コラーゲン）産生• 毛細血管の発達• 肉芽組織形成

第三期：安定期• コラーゲンの産生と分解が平衡化• 細胞成分の減少• 瘢痕化(Scar formation)

器質化
Organization

平成27年11月11日

Key Point

ピアース跡

胸部外科手術跡

病理学２

平成27年11月11日

１

学習項目

・正常組織は、その再生の仕方から3つに大別される
生理的再生系組織
条件再生系組織
非再生系組織１．

組織修復・再生・創傷が治癒する過程には2種類ある。

２．

幹細胞

再生（Regeneration) と修復(Repair)

病理学２

組織再生

ヒトの体において•••真皮に膠原線維元通りなるか､瘢痕(Scar)を残す
ケロイド（Keloid)形成・創傷治癒は、炎症期、肉芽形成（組織 Granulation)期を経る

３．組織・臓器形成と再生医学・再生するか否かは、組織と創傷の程度及び治療法による
平成27年11月11日

病理学２

平成27年11月11日

病理学２

幹細胞

幹細胞

(Stem Cells)(Stem Cells)

分化の多能性（方向性）
胚性幹細胞
Embryonic stem cells (ES cells)
幹細胞
Stem cells

体性（組織）幹細胞
Tissue-specific stem cells (Adult stem cells)

平成27年11月11日

幹細胞• 全能性幹細胞

幹細胞
Stem cells

全ての個体構成細胞に分化可能(個体を形成できる）

多能性幹細胞Multipotent stem cells

三胚葉性の細胞に分化可能*Bipotent stem cell

単能性幹細胞Monopotent stem cells

1種類の細胞にのみ
分化可能

病理学２

平成27年11月11日

病理学２

幹細胞の分裂様式(Stem Cells)

幹細胞の特徴(Pluripotent [totipotent] stem cells)

全ての細胞に分化可能な細胞（個体を形成できる）• ES細胞

全能性幹細胞Pluripotent stem cells

Embryonic stem cells• 未分化能の維持（自己保持能）• 自己複製能• 嬢（分化）細胞の供給

S: stem cell
P: progenitor cell

• iPS細胞 Induced pluripotent stem cells• 多能性幹細胞 (Multipotent stem cells)
三胚葉性の細胞に分化する能力を持つ細胞• 造血幹細胞Hematopoietic stem cells• 間葉系幹細胞（骨髄、脂肪、臍帯血）Mesenchymal stem cells
Muse細胞（Multilineage-differentiating stress enduring cells）
前駆細胞（Progenitor cells）:
平成27年11月11日

病理学２

最終分化した細胞と同様の分化能を持ち、尚かつ多数の娘細胞を生み出せる能力を持つ細胞平成27年11月11日

病理学２全能性幹細胞Key Point 2• 幹細胞には、胚性幹細胞と体性（組織）幹細胞がある• 幹細胞は分化可能な細胞の種類から、全能性、多能性、単能性に分けられる

ES細胞
Embryonic stem cells
全能性幹細胞Pluripotent stem cells• 幹細胞は、①自己複製能、②自己保持能、③娘（分化）細胞の供給能、を有する

平成27年11月11日

胚性幹細胞

−

iPS細胞
induced pluripotent stem cells

病理学２

平成27年11月11日

全ての細胞が全能性を有する
Embryonic & extraembryonictissues (totipotent)

外胚葉
Ectoderm

•
•
•
•

皮膚
付属器
感覚器
神経

中胚葉
Mesoderm

•
•
•
•
•
•
•

筋肉、
骨
結合組織
心臓・血管
脾臓・リンパ管
腎臓・尿管
性腺

内胚葉
Endoderm

•
•
•
•
•
•
•

消化管
消化腺(唾液腺等）
肺
肝臓、膵臓
腹膜・胸膜
喉頭・気管
膀胱・尿道

桑実胚（Morula)

胞胚（Blastosphere）

全ての細胞が多能性を有する
Embryonic tissues (pluripotent)

受精卵

胞胚

三胚葉

内部細胞塊（inner cell mass）

胚盤胞（Blastocyst）

三胚葉分化

栄養外胚葉（trophectoderm）

病理学２

三胚葉分化

Pluripotent stem cells

受精卵 (Zygotes)（体細胞核移植）(Pluripotent stem cells)

胎盤形成

胎児(仔）
平成27年11月11日

病理学２

平成27年11月11日

病理学２

ES細胞

ES細胞の樹立方法
Early human embryos
受精卵Fertilised egg

8-cell stage

Cell adhesion

桑実胚Compacted morula

胚盤胞Blastocyst

Zona hatching（Embryonic Stem Cells）

細胞を取り出す培養

Wikipedia

ES細胞作製残りの受精卵不妊治療

排卵誘発剤（予備で凍結保存）

体外受精
数個

患者子宮
平成27年11月11日

病理学２

Knockout Mice 作製

平成27年11月11日

病理学２細胞のPluripotency細胞が全能性（Pluripotency）を持つことを示すには？
Crispr/Cas9

細胞を胚盤胞（Blastocyst）に入れると正常発生し、キメラ動物になる

精子か卵子にES細胞由来の細胞 !平成27年11月11日

病理学２

平成27年11月11日

病理学２体細胞核移植

­ヒトES細胞の問題点

クローン動物の作製

体細胞核移植卵が産仔へ発生する割合
0.1〜５％
核の由来

分化の程度

遺伝子の
修飾

初期胚

−

−

正常個体

ＥＳ

細胞

−

− 〜
＋

正常個体、
産後直死

胎仔期生殖細胞−＋

胎仔期で死滅分化した体細胞＋−（？）

形態形成異常、
産後直死
正常個体

＋or−

−（？）

？

体性幹細胞

クローン羊ドリー

・受精卵を破壊する

1

不妊治療に用いられなかった受精卵を使用する

ヒトES細胞研究における倫理的問題点

核移植後の個体への発生能• ひとES細胞の樹立のためには受精卵を使用する! 受精卵を提供する夫婦への適切なインフォームドコンセントに関する説明! 受精卵の滅失（ヒトに成長する可能性をなくすこと）の倫理的問題点• ヒトES細胞の樹立・分配・使用の徹底的な管理• 研究の倫理審査等について定めた指針の公開・施行• 健康なボランティアからの未受精卵の提供の問題

英国ロスリン研究所
Dr. Ian Wilmut
6歳雌羊乳腺細胞の核移植
約270回目平成27年11月11日

ヒトES細胞の問題点

・腫瘍（奇形腫）形成の可能性

ほぼ全てのクローンには何らかの欠陥が見つかっている；
テロメア長が短い、エピジェネティック異常・拒絶反応が起こる

ES細胞由来の細胞は、患者のMHCと異なる可能性が高い

病理学２

2

奇形腫

・技術的問題点

平成27年11月11日

全能性幹細胞病理学２(Pluripotent stem cells)

Teratoma
ES細胞
Embryonic stem cells

未分化な細胞を本来の組織とは別の部位に移植すると奇形腫（Teratoma)が形成される

全能性幹細胞Pluripotent stem cells
iPS細胞
induced pluripotent stem cells
３胚葉由来の細胞・組織からなる

ヒトの卵巣・精巣腫瘍でよく見られる
平成27年11月11日

病理学２

平成27年11月11日

病理学２

Induced-Pluripotent Stem Cells −ヒトiPS細胞iPS細胞

2006年8月

体細胞から全能性幹細胞を作ることができた（iPS細胞：人工多能性幹細胞）
Oct3/4
Sox2
C-Myc
Klf4

Human ES cells

Human iPS cells

2007年１１月

平成27年11月11日

病理学２

IPS細胞誕生までの背景

平成27年11月11日

病理学２

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2012
was awarded jointly to Sir John B. Gurdon and Shinya Yamanaka（１）Somatic cell nuclear transfer 体細胞核移植 (Cloning)"for the discovery that mature cells can be reprogrammed to become pluripotent"

未受精卵に体細胞の核を移植すると遺伝子は初期化される
Differentiated cells retain the same genetic information as early embryonic cells

1975: cloned frogs

Prof. J. B. Gurdonカエルの皮膚細胞核移植

1996: cloned sheep “Dolly”

Dr. I. Wilmutの乳腺細胞核移植（２）

Pluripotent stem cell lines such as ES cells の研究が進んでいた（３）

初期化遺伝子が同定されていた（４）

転写因子（transcription factors）が細胞の運命決定の ”Master gene”
MyoD (1987): Formation of myofibers in fibroblasts
C/EBPα (2004): B & T lymphocytes to macrophages

体細胞核移植による
reprogramming
平成27年11月11日

病理学２

遺伝子による
reprogramming
平成27年11月11日

病理学２

再生医療に必要な細胞の調整

iPS細胞が何故これほど期待されるのか？
ヒトES細胞の問題点

解決策

iPS細胞
破壊しない
（倫理的問題の回避）

・受精卵を破壊する

患者体細胞

Reprogramming

桑実胚（morula)の細胞から
ES細胞樹立Progenitor cells

・拒絶反応が起こる

患者由来の細胞から採取した核を卵子に移植（体細胞核移植）し、クローン胚を樹立し、胚盤胞まで発生させ、ES細胞を作製する
既存のES細胞株と患者体細胞の融合による核のリプログラミングし、初期化させることにより幹細胞の作製？

患者細胞由来iPS細胞の作製（免疫拒絶の回避）

Multiple steps
Transcription Factors

Stem cells

Differentiation into specific cells
ヒトES細胞

iPS細胞バンク

Multiple steps
Cytokines/Growth factors, etc

平成27年11月11日

線維芽細胞
Fibroblasts

分化細胞

子宮内に戻せばクローン人間の可能性

Direct Conversions −Direct conversion

iPS細胞作成期間

・腫瘍（奇形腫）形成の可能性
未分化細胞の排除

直接誘導

iPS細胞・ＥＳ細胞

病理学２

平成27年11月11日

Key Point

Transdifferentiation 分化転換
神経細胞Neurons

Ascl1/Brn2/Myt1l

Vierbuchen T et al, Nature, 463, 1035-1041, 2010

Gata4/Mef2c/Tbx5

心筋細胞

Cardiomyocytes

全能性幹細胞病理学２3Pluripotent stem cells• 全能性を持つ­

全ての組織の細胞に分化可能

Ieda M et al, Cell, 142, 375-386, 2010

• ES細胞、iPS細胞がある

Oct4 + bFGF/IGFII/Flt-3/SCF
Yamanaka factors
Oct3/4/Sox2/Klf4/cMyc

造血幹細胞Hematopoietic progenitor cells
SCF/G-CSF/FLT3LG/IL-3/IL-6/BMP-4

血球Multiple blood cells

Szabo E et al, Nature, 468, 521-526, 2010

Hnf4α + Faxa1/2/3
Foxa3/Gata4/Hnf1α

iPS cells

肝細胞• 再生医療への応用が期待されている• 胚性幹細胞の利用には克服すべき問題点がある• 倫理的な問題• 技術的な問題• 腫瘍（奇形腫）形成

Hepatocytes

Sekiya S & Suzuki A, Nature, 475, 390-393, 2011
Huang P et al, Nature, 475, 386-389, 2011平成27年11月11日

病理学２

平成27年11月11日

病理学２

幹細胞

ヒト正常組織の再生(Stem Cells)

・生理的再生系組織 (Physiologically renewal system)
皮膚・毛、小腸、血球

胚性幹細胞
Embryonic stem cells (ES cells)

・条件再生系組織

幹細胞
Stem cells(Conditionally renewal system)

肝臓、結合組織、血管内皮、平滑筋

体性（組織）幹細胞
Tissue-specific stem cells (Adult stem cells)

・非再生系組織(non-renewal system)

神経細胞、骨格筋、心筋平成27年11月11日

病理学２

平成27年11月11日

生理的再生系組織の再生幹細胞の細胞周期

幹細胞の細胞周期の特徴
造血幹細胞の場合

静止期（Ｇ０−Ｇ１）にある分化（高）細胞間橋

S, G2, M期の細胞： ５％以下
Ｇ0期：
７５％

−

表皮

角化層

核

病理学２

顆粒細胞層

１４日

Allsopp R, et al. J Exp Med, 193:917 (2001)

幹細胞（Stem cells)

通常、Dormantな状態（潜伏している）

Transit-amplifying (TA) cells

細胞質

棘細胞層

１４日

基底細胞層

１３日

実際に増えている幹細胞

前駆細胞（Progenitor cells）（大）分化細胞（Diﬀerentiated cells）

増殖能
Stem cells
平成27年11月11日

病理学２

幹細胞は基底膜に接した基底細胞層に存在
平成27年11月11日

病理学２ヒトの皮膚組織

Hair follicleの再生
Differentiated cells: 皮脂腺、皮膚
分裂し、毛の細胞に分化する

生体
Human body

Transit amplifying cells (TA cells; short-lived)
分裂し、TA cells供給
Lgr6+

Bulge

Intermediate stem cell population

Stem cells (Label-retaining cells; long-lived)
細胞分裂少ない
Lgr5+

Intermediate stem cell population
分裂し、TA cells供給

皮膚組織Transit amplifying cells (TA cells; short-lived)
分裂し、毛の細胞に分化する

Differentiated cells：

Molecular Biology of the Cell 5thから引用

平成27年11月11日

生理的再生系組織の再生
Location of putative intestinal stem/progenitor cells

−

病理学２

Barker N & Clevers H, Gastroenterology 138:1681-1696 (2010)

小腸毛
平成27年11月11日

病理学２

平成27年11月11日

病理学２

消化管組織における幹細胞の種類と存在部位

Transit-amplifying (TA) cellsの特徴

Esophagus(Niche cells)

1 division/day(Crypt base columnar cells)

小腸cryptにおける幹細胞の存在部位

細胞寿命

吸収上皮細胞： ２〜４日
杯(Goblet)細胞： ３〜５日
Paneth cells：
約３０日

Paneth cellsは、nicheとして働いている
Quante M & Wang TC, Nat Rev Gastroenterol Hepatol, 6, 724 (2009)平成27年11月11日

病理学２

Intestine

StomachQuante M & Wang TC, Nat Rev Gastroenterol Hepatol, 6, 724 (2009)

Small Intestine

生理的再生系組織の再生

−

血球

造血組織
Differentiated cells
15 TAs x 16~32 = 240~480 cells/day

胎児期：
成体：

肝臓
骨髄

マウス骨髄中の造血幹細胞の頻度：
200 〜1000 cells

TA cells
Generate 16~32 cells/TA cell/day(<0.1% of CD133+ cells)

Long-term quiescent (reserved: backup)
Lgr5+-CBC cells

HSCs: 1 division/145 days

~15 cells at a crypt bottom

Lgr5+ cells
Multipotent stem cells at crypt bottom

Lgr5+ cells
Quiescent, rarely dividing有核細胞

4 x 106 細胞

Marked Lgr5+ cells persist for the lifetime of a mousede Lau W et al. Genes Dev. 2014;28:305-316

造血幹細胞 Actively cycling (primed)

平成27年11月11日

赤血球

2.4 x 108 細胞

病理学２

平成27年11月11日

老化に伴う幹細胞枯渇

非再生系組織の再生

末梢血中の白血球は、たった2個の造血幹細胞由来であった•

白血球のtelomere長は、脳神経細胞に比較して17倍短かった

神経

中枢神経系の神経幹細胞

115歳で亡くなった女性の献体から判ったこと
Holstege H et al. Somatic mutations found in the healthy blood compartment of a 115-yr-old woman demonstrateoligoclonal hematopoiesis. Genome Res. 2014 May;24(5):733-42.

•

−

病理学２

• 海馬歯状回• 脳室周囲（側脳室）• 嗅球

Most hematopoietic stem cells may have died from 'stem cell exhaustion,'reaching the upper limit of stem cell divisions."

Stem cell exhaustion is a likely cause of death at very old ages?

Nakafuku M et al. PNAS, 2008

Barani IJ et al. Int J radiat Oncol biol Phys, 2007平成27年11月11日

病理学２

平成27年11月11日

病理学２

骨髄の構造と造血環境
ニッチ(niche)Key Point 4幹細胞の増殖・分化・維持に必要な環境：サイトカインと間葉細胞（ストローマ細胞）

体性（組織）幹細胞• 生理的再生系組織において存在が明瞭

ニッチ（Niche）•血液、皮膚、消化管において研究が進んでいる幹細胞（Stem Cells）• 通常静止期にあり、細胞分裂は通常抑制されている• 非対称分裂によりTA細胞を産生し、TA細胞が分裂し分化細胞を供給する

Transient Amplifying Cells（ＴＡ細胞）
増殖維持

サイトカイン• 条件再生系組織においても組織の新陳代謝は起こっており、幹細胞も存在するが、分化細胞を供給しているか否か現時点ではよくわかっていない分化• 非再生系組織においても幹細胞は存在する

細胞外基質• 幹細胞の増殖・分化・維持に必要な微小環境をニッチ（niche)という間質細胞

平成27年11月11日

病理学２

平成27年11月11日

病理学２

再生医学

学習項目

１．
２．

Regenerative medicine
再生医学

組織修復・再生（細胞治療）•

Cell Theraypy•

Tissue Engineering•

Improvement of the regenerative capacityof endogenous organs（組織工学）（自己再生能力の向上）

幹細胞• Scaling up production of progenitors

３．組織・臓器形成と再生医学

臨床応用への課題• Acquisition of mature (adult ) humanphenotypes in terminally differentiated cells• Development of complex tissues

平成27年11月11日

病理学２多能性幹細胞を用いた再生医療

全能性幹細胞を用いた再生医療
全能性幹細胞ヒトES細胞ヒトiPS細胞

移植細胞

対象疾患

Oligodendrocytes

脊髄損傷(4名）

網膜色素上皮細胞

加齢黄斑変性(9名）
Stargardt病(9名）

幹細胞ソース

実施者

移植細胞

Geron社(撤退）
UCLA, ACT社
Schwartz SD et al, Lancet,
385: 509-516, 2014
第I/II相臨床治験結果

肝細胞

アンモニア代謝異常

国立成育医療センター（認可）

網膜色素上皮細胞

加齢黄斑変性(1名）

理化学研究所高橋雅代

平成27年11月11日

骨髄

対象疾患

実施者

脳梗塞

札幌医科大学フロンティア医学研究所
神経再生医療学部門
本望 修教授脊髄損傷

札幌医科大学整形外科学講座
山下敏彦教授神経再生医療学部門
本望 修教授骨髄間葉系幹細胞
肝硬変症

山口大学消化器病態内科学
金沢大学消化器内科学

表皮水疱症

大阪大学医学部再生誘導学

関節軟骨欠損・難治性骨折

広島大学整形外科学

骨格筋

筋芽細胞シート

小児重症心筋症

大阪大学心臓血管外科

口腔粘膜

上皮細胞シート

角膜上皮幹細胞疲弊症

大阪大学眼科学病理学２

平成27年11月11日

臓器形成法

病理学２

Organ Complementation
１）胚盤胞補完法を利用した多能性幹細胞からの臓器作出
Pdx1 KO moueの胚盤胞（Blastocyst)にEGFP遺伝子を導入したES細胞（iPS細胞）を注入し、仮親の子宮に移植し、出産させた。生まれたマウスには、多能性幹細胞由来の膵臓（GFPで緑色の蛍光を発する）が形成されていた。
２）マウスおよびラット多能性幹細胞を用いた異種動物間キメラの成立

全能性幹細胞からの組織･臓器形成法

次に異種動物間におけるキメラ形成能を確認するため、多能性幹細胞（ＥＳ細胞もしくはｉＰＳ細胞）を用いたマウス−ラット間の異種動物間キメラ作製を試みた。ＥＧＦＰ
標識したマウス多能性幹細胞をラットの胚盤胞に、逆にＥ
ＧＦＰ標識したラット多能性幹細胞をマウスの胚盤胞に注入したところ、マウスおよ びラットの多能性幹細胞は互いの胚発生に寄与し、出生後も生存可能な異種動物間キメラの作製に成功した。
３）異種間胚盤胞補完法を用いて、マウス体内にラットの膵臓を作る
ラットｉＰＳ細胞をＰｄｘ１ ＫＯマウスの胚盤胞に注入することで、異種動物間胚盤胞補完法を介してラットの膵臓をマウス体内に作り出そうと試みた。その結果、Ｐｄｘ１ ＫＯマ
ウス体内で一様にＥＧＦＰ蛍光を示すラットｉＰＳ細胞由来の膵臓を作出することに成功した。
Kobayashi T et al. Generation of rat pancreas in mouse by interspecific blastocyst
injection of pluripotent stem cells. Cell. 2010 Sep 3;142(5):787-99.

平成27年11月11日

病理学２

平成22年9月3日

JSTプレス発表より

クローンブタ(免疫拒絶の抑制）
平成27年11月11日

病理学２全能性幹細胞（Pluripotent stem cells）由来ヒト胃組織

全能性幹細胞（Pluripotent stem cells）由来小腸組織
Human ES細胞由来

Human iPS 細胞 由来

McCracken KW et al. Nature, 516: 400-404 (2014)

平成27年11月11日

病理学２

ヒトiPS細胞由来腎組織

平成27年11月11日

Watson CL et al, Nature Med, 20: 1310-1314, 2014

病理学２

Human iPS cells／間葉系幹細胞／血管内皮細胞による肝組織形成

Kidney

iPS由来の肝組織を移植
•
•
•

頭蓋下
腸間膜
腎皮膜下

Takasato M & Little MH. Development, 142: 1937-1947, 2015

CD (GATA3+ECAD+): collecting ductDT (GATA3-ECAD+LTL-): distal tubule
PT (ECAD-LTL+): proximal tubule
G (WT1+): glomerulus

マウスの硬膜下に肝組織を移植
移植組織内にマウスとヒト血管内皮細胞からなる血管網が形成される

Takasato M et al. Nature 526: 564-568, 2015

Takebe T et al. Nature, 499(7459):481-484, 2013

平成27年11月11日

病理学２

Key Point 5

再生医療の現状• 多能性幹細胞から分化細胞への誘導方法が確立されつつある• 多能性幹細胞由来細胞がヒト疾患治療に用いられ始めた• 多能性幹細胞・体性幹細胞からの臓器形成が可能になりつつある

平成27年11月11日

病理学２