腎集合管嚢胞モデルを用いた新規iPS創薬プラットフォームの開発
京都大学iPS細胞研究所
増殖分化機構研究部門 長船研究室
特定拠点講師 前 伸一
2024年3月12日
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常染色体顕性（優性）多発性嚢胞腎（ADPKD）◆ ADPKD：
両側の腎臓に水が溜まった袋（嚢胞）が多数形成され、腎臓の機能が低下してしまう難病– 厚生労働省の指定する難病– 患者総数は本邦約3.1万人、欧州約20万人、米国約12万人– 約4,000人に1人が発症すると推定されている– 単一の遺伝子の異常で生じる疾患（monogenic disorder）として最多
ADPKD患者腎臓(写真提供 虎の門病院 乳原 善文 先生)2

60歳までに約半数の患者が末期慢性腎不全となる
正常

過濾過腎障害 腎不全

腎機能

末期腎不全

歳
両側の腎臓に生じた多数の嚢胞が年齢と共に数が増えて大きくなる
嚢胞増大により腎機能が低下し、透析療法が必要となる

根本的な治療法はない
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トルバプタンが唯一の薬物治療の選択肢
腎集合管細胞cAMP
H2O

AQP2

Tolvaptan（サムスカ）
AVPR2

細胞増殖
バソプレシン

嚢胞増大

ネフロン

集合管

嚢胞の大部分は集合管に由来する原因遺伝子はPKD1（85%）とPKD2（15%）

Tolvaptan（サムスカ）
ADPKDに対する唯一の承認薬
水の再吸収による細胞内cAMP濃度上昇を抑え、腎機能低下を遅らせる多尿になり、高ナトリウム血症の恐れがある
一部で重篤な肝毒性の報告がある
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ADPKD治療薬開発のパイプライン
Phase 1

Phase 2Phase 1

Phase 3

RGLS8429

Bardoxolone
Lixivaptan
Venglustat
Tesevatinib
GLPG2737
RGLS8429
AL01211

2021年

2023年
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従来技術とその問題点
ADPKDモデルマウス• Pkd1ヘテロ変異では嚢胞形成がほとんど起こらない• 遺伝子数など種間の差がある

ヒトiPS/ES細胞由来
ネフロンオルガノイド• 腎集合管での嚢胞形成は再現されていない• 治療薬候補は同定されていない
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ADPKD特異的iPS細胞から腎集合管嚢胞モデルを開発する

PKD1-/iPS細胞

尿管芽オルガノイド

尿管芽
先端部細胞

腎集合管オルガノイド

スクリーニング系① ヒトiPS細胞から腎集合管オルガノイドの作製② ADPKD特異的iPS細胞を用いた腎集合管嚢胞モデルの開発③ 嚢胞増大抑制化合物の探索と評価

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腎集合管は尿管芽が分枝を繰り返すことで形成される
後方中間中胚葉

ネフロン

集合管

後腎間葉

尿管芽
中腎管

尿管芽

集合管

尿管芽の分枝形態形成

8LAMININ
PAX2 EZRINヒトiPS細胞から尿管芽オルガノイドの作製

ヒトiPS細胞

尿管芽オルガノイド(Mae SI., Cell Reports. 2020)

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尿管芽先端部が組織幹細胞の役割を担うオルガノイド

尿管芽

先端部

オルガノイド

先端部

オルガノイド

先端部

オルガノイド先端部
幹部/集合管先端部

先端部
増殖

幹部/集合管分化(Mae SI., Cell Reports. 2020)

10VLDL取り込みにより尿管芽先端部細胞を単離した
DiI (+) /DiI (-) gene expression
DiI-VLDL

先端部

尿管芽オルガノイド
Flow cytometry

59.0%

幹部
尿管芽マーカー

DiI+(Mae SI., Cell Reports. 2020)

RET
WNT11
ETV5
SOX8
SOX9MYBKIT
ELF5
CDH1
KRT19AQP2
KRT8
HOXB7
GATA3-2 0 2
Log2FC11

尿管芽先端部細胞コロニー作製法を開発した
尿管芽先端部細胞培地

0日目

3日目

7日目
尿管芽先端部細胞コロニー

50% マトリゲル
尿管芽オルガノイド培地
尿管芽先端部細胞コロニー
100 mm(Mae SI., Cell Reports. 2020)
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尿管芽先端部細胞コロニーの拡大培養法を開発した

尿管芽オルガノイド

尿管芽先端部細胞コロニー（1週間目）

尿管芽先端部細胞コロニー（4週間目）

腎集合管オルガノイド

100 mm(Mae SI., Cell Reports. 2023)

13拡大培養により発生分化段階が進行する
腎集合管

腎集合管オルガノイド

ヒトiPS細胞皮質

尿管芽オルガノイド

髄質

尿管芽先端部細胞コロニー(Mae SI., Cell Reports. 2023)
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ADPKDの腎集合管嚢胞形成を再現した
尿管芽先端部細胞コロニー
髄質集合管オルガノイド
PKD1-/ヒトiPS細胞

皮質

尿管芽オルガノイド

300 mm拡大培養

皮質集合管オルガノイド

髄質(Mae SI., Cell Reports. 2023)
15嚢胞では繊毛関連遺伝子の発現が変化する
AQP2

AVPR2

AQP2 AVPR2 核

Gene list:
cilium_GO_0005929

ARL13B（繊毛） EZRIN（頂端部） 核

PKD1-/PKD1+/+(Mae SI., Cell Reports. 2023)

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トルバプタンによる嚢胞増大抑制効果を評価した
腎集合管嚢胞モデル

10日

10日 10日

AVPR2
細胞増殖

AVPあり

mRFP1Tolvaptan（サムスカ）

バソプレシンp < 0.05

30000
20000
10000
0

AVP : arginine vasopressin(Mae SI., Cell Reports. 2023)

(mm2)
40000

面積 (平均)

AVPなし
cAMP

3継代目

1継代目

DMSO Tolvaptan
AVP
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新規iPS創薬プラットフォームを開発した
溶媒レチノイン酸コントロール

腎集合管オルガノイド

高速スクリーニング
溶媒コントロール

レチノイン酸

レチノイン酸ADPKDモデルマウス
Pkd1flox/flox: Ksp-Cre(Mae SI., Cell Reports. 2023) 18

新技術の特徴・従来技術との比較• ヒトiPS細胞から尿管芽先端部細胞のコロニーを作製し、発生分化段階を進める拡大培養法を開発した。
• ADPKDの病態進行に大きく関わる腎集合管
嚢胞形成を再現するモデルを開発した。
• 従来のモデルでは評価できなかったADPKDに対する唯一の承認薬であるトルバプタンの効果を検証することが可能となった。
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想定される用途• 本技術を用いて開発した新規iPS創薬プラットフォームにより、有効な治療薬探索が可能となる。
• 上記以外に、治療薬候補の正確な薬効・薬理評価を行うことも可能である。
• 新規の治療標的となる病態関連分子の探索へ応用することも望まれる。
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実用化に向けた課題• 現在、尿管芽先端部細胞の凍結保存法について開発済み。しかし、実用化に向けた嚢胞細胞の凍結保存法は開発できていない。
• 今後、異なる遺伝的背景を有するADPKD特異的iPS細胞から高効率に嚢胞形成を行う技術を開発し、治療薬候補の薬効評価を行う。

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企業への期待• 未解決の嚢胞細胞の凍結保存法については、細胞凍結保存液の開発により克服できると考えている。
• ADPKDに対する遺伝子治療法開発のため、ウイルスベクター等による遺伝子導入技術を持つ企業との共同研究を希望。
• また、ADPKDに対する新規治療薬を開発中の企業に、本技術の導入を期待したい。
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企業への貢献、PRポイント• 本技術によりADPKDに対する治療薬候補のヒトにおける薬効・薬理評価が可能なため、治療薬開発におけるPOC取得で企業に貢献できると考えている。
• 本技術の導入にあたり必要なフィージビリティスタディを行うことで科学的な裏付けをすることが可能。
• 本格導入に当り、嚢胞モデル作製の技術指導を行うことが可能。
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本技術に関する知的財産権• 発明の名称 ：嚢胞構造を有する人工集合管オルガノイド• 出願番号 ：PCT/JP2022/016274,特願2023-511523• 出願人：国立大学法人京都大学• 発明者：前 伸一、長船 健二
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お問い合わせ先
京都大学iPS細胞研究所
医療応用推進室
ＴＥＬ 075-366-7197
e-mail cira-chizai＠cira.kyoto-u.ac.jp

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