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Core-shell hydrogel microfiber-expanded pluripotent stem cell-derived lung progenitors applicable to lung reconstruction in vivo

Ikeo, Satoshi 京都大学 DOI:10.14989/doctor.k23602

2022.01.24

概要

呼吸器領域には、慢性閉塞性肺疾患や肺線維症、急性呼吸窮迫症候群など多くの難治性疾患が存在する。外科的肺移植は難治性呼吸器疾患に対する究極的な治療法だが、ドナー不足や拒絶反応などの課題があり、細胞治療などの新たな肺再生医療が期待されている。これまでに間葉系幹細胞や脂肪由来幹細胞などが細胞治療に用いられてきたが、パラクライン作用を目的としたもので、肺の再建を目的としたものではなかった。また、肺の再建に必要と考えられる肺前駆細胞は入手だけでなく、培養による増殖や品質維持が困難であったため、再生医療での有用性は評価されていなかった。そこで、ヒト iPS 細胞から分化誘導した肺前駆細胞を用いて培養皿上で肺胞や気道上皮細胞を分化誘導する方法が報告されていることから、このヒト iPS 細胞由来肺前駆細胞を再生医療に応用することを考えた。また、再生医療に十分な数の細胞数が得られるかどうかという課題に対しては、近年アルギン酸由来のハイドロゲルマイクロチューブの中に細胞を封入して培養できる技術（細胞ファイバ技術）が開発され、三次元組織構築やスケールアップ培養に適していることが報告されており、この技術を肺前駆細胞の増殖に応用することを考えた。

本研究では、まず、iPS 細胞からの分化誘導技術と細胞ファイバ技術を融合し、ヒトiPS細胞から分化させた肺前駆細胞をチューブ状に拡大培養することに成功した。肺前駆細胞の重要なマーカーである NKX2.1 と SOX9 のうち、従来の分化誘導法で作成された肺前駆細胞では NKX2.1 の発現を認めるものの、SOX9 の発現は一部にとどまっていたが、今回拡大培養した肺前駆細胞では NKX2.1 の発現に加えて、9 割近くの細胞が SOX9 を発現していた。さらに、従来は再生医療への応用が困難とされるマトリゲルを使用していたが、細胞ファイバ技術を用いることでマトリゲル不含でも効率よく増殖した。また、分化誘導用の培地に変更するだけで、細胞増殖後の肺前駆細胞ファイバが培養皿上で肺胞や気道上皮細胞へ分化することも確認できた。特に、肺の恒常性維持に重要な2 型肺胞上皮細胞へ高い効率で分化を示した。これらの結果より、肺前駆細胞としての性質を保ったまま拡大培養できる方法を構築することができた。

次に、ヒトiPS 細胞由来肺前駆細胞をマウス肺に長期生着させる方法を開発した。ヒト iPS 細胞由来細胞をマウス肺に効率よく移植するため、はじめに小動物用内視鏡を用いた肺葉選択的な細胞投与方法を確立した。この方法を用いて、ナフタレンと放射線照射による肺障害を起こした免疫不全マウスの左肺にヒトiPS 細胞由来肺前駆細胞を投与し、2 か月間マウス肺の肺胞領域に生着させることに成功した。また、蛍光免疫染色に加え、蛍光蛋白質を恒常発現させたヒト iPS 細胞を用いてマウス肺に生着した細胞を単離してヒト特異的なRNA を網羅的に解析した結果、生着した肺前駆細胞がマウス生体内で肺胞上皮細胞やクラブ細胞など様々な呼吸器上皮細胞へ分化していることを確認した。さらに、先の細胞ファイバ技術で拡大培養した肺前駆細胞をマウス肺に生着させることにも成功した。

以上より、肺胞上皮細胞などへの多分化能を維持した肺前駆細胞を、マトリゲル不含のハイドロゲルマイクロチューブの中で拡大培養する技術が構築され、その細胞をマウス肺に移植して肺胞上皮細胞として長期生着させることに成功した。本研究は、ヒト iPS 細胞を用いた肺の再生医療への応用だけでなく、細胞ファイバ技術で作製した肺前駆細胞や2 型肺胞上皮細胞を用いた創薬への応用にも貢献できることが期待される。

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参考文献

[1] K.R. Parekh, J. Nawroth, A. Pai, S.M. Busch, C.N. Senger, A.L. Ryan, Stem cells and lung regeneration, Am. J. Physiol. Cell Physiol. 319 (4) (2020) C675–C693.

[2] K.A. Young, D.F. Dilling, The future of lung transplantation, Chest 155 (3) (2019) 465–473.

[3] S. Geiger, D. Hirsch, F.G. Hermann, Cell therapy for lung disease, Eur. Respir. Rev. 26 (144) (2017) 170044.

[4] A.L. Ryan, L. Ikonomou, S. Atarod, D.A. Bolukbas, J. Collins, R. Freishtat, F. Hawkins, S.E. Gilpin, F.E. Uhl, J.J. Uriarte, D.J. Weiss, D.E. Wagner, Stem cells, cell therapies, and bioengineering in lung biology and diseases 2017. An official American thoracic society workshop report, Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 61 (4) (2019) 429–439.

[5] M.A. Matthay, C.S. Calfee, H. Zhuo, B.T. Thompson, J.G. Wilson, J.E. Levitt, A. J. Rogers, J.E. Gotts, J.P. Wiener-Kronish, E.K. Bajwa, M.P. Donahoe, B.J. McVerry, L.A. Ortiz, M. Exline, J.W. Christman, J. Abbott, K.L. Delucchi, L. Caballero, M. McMillan, D.H. McKenna, K.D. Liu, Treatment with allogeneic mesenchymal stromal cells for moderate to severe acute respiratory distress syndrome (START study): a randomised phase 2a safety trial, Lancet Respir. Med. 7 (2) (2019) 154–162.

[6] M.K. Glassberg, J. Minkiewicz, R.L. Toonkel, E.S. Simonet, G.A. Rubio, D. DiFede, S. Shafazand, A. Khan, M.V. Pujol, V.F. LaRussa, L.H. Lancaster, G.D. Rosen, J. Fishman, Y.N. Mageto, A. Mendizabal, J.M. Hare, Allogeneic human mesenchymal stem cells in patients with idiopathic pulmonary fibrosis via intravenous delivery (AETHER): a phase I safety clinical trial, Chest 151 (5) (2017) 971–981.

[7] D.J. Weiss, R. Casaburi, R. Flannery, M. LeRoux-Williams, D.P. Tashkin, A placebocontrolled, randomized trial of mesenchymal stem cells in COPD, Chest 143 (6) (2013) 1590–1598.

[8] C.E. Barkauskas, M.J. Cronce, C.R. Rackley, E.J. Bowie, D.R. Keene, B.R. Stripp, S. H. Randell, P.W. Noble, B.L. Hogan, Type 2 alveolar cells are stem cells in adult lung, J. Clin. Invest. 123 (7) (2013) 3025–3036.

[9] Z. Borok, S.I. Danto, R.L. Lubman, Y. Cao, M.C. Williams, E.D. Crandall, Modulation of T1α expression with alveolar epithelial cell phenotype in vitro, Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 275 (1) (1998) L155–L164.

[10] S. Gotoh, I. Ito, T. Nagasaki, Y. Yamamoto, S. Konishi, Y. Korogi, H. Matsumoto, S. Muro, T. Hirai, M. Funato, S. Mae, T. Toyoda, A. Sato-Otsubo, S. Ogawa, K. Osafune, M. Mishima, Generation of alveolar epithelial spheroids via isolated progenitor cells from human pluripotent stem cells, Stem Cell Rep 3 (3) (2014) 394–403.

[11] S. Konishi, S. Gotoh, K. Tateishi, Y. Yamamoto, Y. Korogi, T. Nagasaki, H. Matsumoto, S. Muro, T. Hirai, I. Ito, S. Tsukita, M. Mishima, Directed induction of functional multi-ciliated cells in proximal airway epithelial spheroids from human pluripotent stem cells, Stem Cell Rep 6 (1) (2016) 18–25.

[12] Y. Yamamoto, S. Gotoh, Y. Korogi, M. Seki, S. Konishi, S. Ikeo, N. Sone, T. Nagasaki, H. Matsumoto, S. Muro, I. Ito, T. Hirai, T. Kohno, Y. Suzuki, M. Mishima, Long-term expansion of alveolar stem cells derived from human iPS cells in organoids, Nat. Methods 14 (11) (2017) 1097–1106.

[13] S.X. Huang, M.N. Islam, J. O’Neill, Z. Hu, Y.G. Yang, Y.W. Chen, M. Mumau, M. D. Green, G. Vunjak-Novakovic, J. Bhattacharya, H.W. Snoeck, Efficient generation of lung and airway epithelial cells from human pluripotent stem cells, Nat. Biotechnol. 32 (1) (2014) 84–91.

[14] A. Jacob, M. Morley, F. Hawkins, K.B. McCauley, J.C. Jean, H. Heins, C.L. Na, T. E. Weaver, M. Vedaie, K. Hurley, A. Hinds, S.J. Russo, S. Kook, W. Zacharias, M. Ochs, K. Traber, L.J. Quinton, A. Crane, B.R. Davis, F.V. White, J. Wambach, J. A. Whitsett, F.S. Cole, E.E. Morrisey, S.H. Guttentag, M.F. Beers, D.N. Kotton, Differentiation of human pluripotent stem cells into functional lung alveolar epithelial cells, Cell Stem Cell 21 (4) (2017) 472–488 e10.

[15] A.J. Miller, D.R. Hill, M.S. Nagy, Y. Aoki, B.R. Dye, A.M. Chin, S. Huang, F. Zhu, E. S. White, V. Lama, J.R. Spence, In vitro induction and in vivo engraftment of lung bud tip progenitor cells derived from human pluripotent stem cells, Stem Cell Rep 10 (1) (2018) 101–119.

[16] M. Mandai, A. Watanabe, Y. Kurimoto, Y. Hirami, C. Morinaga, T. Daimon, M. Fujihara, H. Akimaru, N. Sakai, Y. Shibata, M. Terada, Y. Nomiya, S. Tanishima, M. Nakamura, H. Kamao, S. Sugita, A. Onishi, T. Ito, K. Fujita, S. Kawamata, M. J. Go, C. Shinohara, K.I. Hata, M. Sawada, M. Yamamoto, S. Ohta, Y. Ohara, K. Yoshida, J. Kuwahara, Y. Kitano, N. Amano, M. Umekage, F. Kitaoka, A. Tanaka, C. Okada, N. Takasu, S. Ogawa, S. Yamanaka, M. Takahashi, Autologous induced stem-cell-derived retinal cells for macular degeneration, N. Engl. J. Med. 376 (11) (2017) 1038–1046.

[17] T. Kikuchi, A. Morizane, D. Doi, H. Magotani, H. Onoe, T. Hayashi, H. Mizuma, S. Takara, R. Takahashi, H. Inoue, S. Morita, M. Yamamoto, K. Okita, M. Nakagawa, M. Parmar, J. Takahashi, Human iPS cell-derived dopaminergic neurons function in a primate Parkinson’s disease model, Nature 548 (7669) (2017) 592–596.

[18] M. Serra, C. Brito, C. Correia, P.M. Alves, Process engineering of human pluripotent stem cells for clinical application, Trends Biotechnol. 30 (6) (2012) 350–359.

[19] Y. Lei, D.V. Schaffer, A fully defined and scalable 3D culture system for human pluripotent stem cell expansion and differentiation, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A 110 (52) (2013) E5039–E5048.

[20] A.J. Miller, B.R. Dye, D. Ferrer-Torres, D.R. Hill, A.W. Overeem, L.D. Shea, J. R. Spence, Generation of lung organoids from human pluripotent stem cells in vitro, Nat. Protoc. 14 (2) (2019) 518–540.

[21] M.Z. Nikoli´c, O. Caritg, Q. Jeng, J.-A. Johnson, D. Sun, K.J. Howell, J.L. Brady, U. Laresgoiti, G. Allen, R. Butler, M. Zilbauer, A. Giangreco, E.L. Rawlins, Human S. Ikeo et al. embryonic lung epithelial tips are multipotent progenitors that can be expanded in vitro as long-term self-renewing organoids, eLife 6 (2017), e26575.

[22] J. van der Vaart, H. Clevers, Airway organoids as models of human disease, J. Intern. Med. 289 (5) (2020) 604–613.

[23] H. Onoe, T. Okitsu, A. Itou, M. Kato-Negishi, R. Gojo, D. Kiriya, K. Sato, S. Miura, S. Iwanaga, K. Kuribayashi-Shigetomi, Y.T. Matsunaga, Y. Shimoyama, S. Takeuchi, Metre-long cell-laden microfibres exhibit tissue morphologies and functions, Nat. Mater. 12 (6) (2013) 584–590.

[24] K. Ikeda, S. Nagata, T. Okitsu, S. Takeuchi, Cell fiber-based three-dimensional culture system for highly efficient expansion of human induced pluripotent stem cells, Sci. Rep. 7 (1) (2017) 2850.

[25] K. Takahashi, K. Tanabe, M. Ohnuki, M. Narita, T. Ichisaka, K. Tomoda, S. Yamanaka, Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors, Cell 131 (5) (2007) 861–872.

[26] K. Okita, T. Yamakawa, Y. Matsumura, Y. Sato, N. Amano, A. Watanabe, N. Goshima, S. Yamanaka, An efficient nonviral method to generate integrationfree human-induced pluripotent stem cells from cord blood and peripheral blood cells, Stem Cell. 31 (3) (2013) 458–466.

[27] J.A. Thomson, J. Itskovitz-Eldor, S.S. Shapiro, M.A. Waknitz, J.J. Swiergiel, V. S. Marshall, J.M. Jones, Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts, Science 282 (5391) (1998) 1145–1147.

[28] Y. Korogi, S. Gotoh, S. Ikeo, Y. Yamamoto, N. Sone, K. Tamai, S. Konishi, T. Nagasaki, H. Matsumoto, I. Ito, T.F. Chen-Yoshikawa, H. Date, M. Hagiwara, I. Asaka, A. Hotta, M. Mishima, T. Hirai, In vitro disease modeling of hermanskypudlak syndrome type 2 using human induced pluripotent stem cell-derived alveolar organoids, Stem Cell Rep 12 (3) (2019) 431–440.

[29] K. Tainaka, T.C. Murakami, E.A. Susaki, C. Shimizu, R. Saito, K. Takahashi, A. Hayashi-Takagi, H. Sekiya, Y. Arima, S. Nojima, M. Ikemura, T. Ushiku, Y. Shimizu, M. Murakami, K.F. Tanaka, M. Iino, H. Kasai, T. Sasaoka, K. Kobayashi, K. Miyazono, E. Morii, T. Isa, M. Fukayama, A. Kakita, H.R. Ueda, Chemical landscape for tissue clearing based on hydrophilic reagents, Cell Rep. 24 (8) (2018) 2196–2210 e9.

[30] S.X. Ge, E.W. Son, R. Yao, iDEP: an integrated web application for differential expression and pathway analysis of RNA-Seq data, BMC Bioinf. 19 (1) (2018) 534.

[31] E.A. Aisenbrey, W.L. Murphy, Synthetic alternatives to Matrigel, Nat Rev Mater 5 (7) (2020) 539–551.

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