リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

大学・研究所にある論文を検索できる 「ヒト歯髄組織から分化誘導した神経系細胞を移植することで脳梗塞モデルマウスの神経症状が改善する」の論文概要。リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

コピーが完了しました

URLをコピーしました

論文の公開元へ論文の公開元へ
書き出し

ヒト歯髄組織から分化誘導した神経系細胞を移植することで脳梗塞モデルマウスの神経症状が改善する

松村, 英明 筑波大学

2021.08.03

概要

第 1 章 本研究の背景
1-1 脳梗塞について
脳卒中は我が国の死因および要介護の原因の上位である。脳梗塞は脳卒中の 約 75%を占める。一般的な治療方法として、血栓溶解薬である tPA (tissue plasminogen activator) 静注療法が従来行われてきたが[25]、近年、脳梗塞急性 期におけるカテーテル血栓回収療法の有効性が証明された[4,6,7,8,12,13,31,32]。しかし、これらの治療が行えるのは発症 4.5~8 時間以内とごく短時間に限られ る。本邦では脳梗塞年間発症数は 186,000 人と推定されており[44]、さらにその 中で、これらの急性期カテーテル血栓回収療法の適応となりえる脳主幹動脈閉 塞は約 24~46%程度[30]、つまり 45,000 (24%) ~ 86,000 人 (46%) 程度と推測される。しかし、カテーテル血栓回収療法が行われた症例は13,000 人 (7%) にすぎない。脳梗塞に対する急性期カテーテル血栓回収療法は極めて有効な治療法だが、その適応は限られ、またそのような治療を受けても後遺症に苦しむ患者が多く存在する。このような現状において、脳梗塞発症後の後遺症をいかに軽くするかが重要である。

1-2 脳梗塞に対する細胞治療について
カテーテルなどの急性期治療よりもtherapeutic time window が長いと期待される治療として、近年、脳梗塞に対する細胞治療が注目されている。現在、脳梗塞慢性期に対する自家あるいは他家の骨髄由来間葉系幹細胞の静脈投与や動脈投与、脳内直接移植[33,36,39]、急性期での他家骨髄由来間葉系幹細胞の静脈投与[16]などの研究が行われているが、いずれも神経再生よりは栄養因子、抗炎症作用、免疫調整作用などによる神経保護効果に着目した研究が主である[5]。一方、iPS (induced pluripotent stem cells) 細胞を用いた研究では神経再生に主眼をおいたものがある[26,27]が、現時点では分化誘導培養に時間がかかるといった問題点や腫瘍化の可能性[20]、遺伝子操作を伴う為、臨床応用までのハードルがある。また ES (embryonic stem cells) 細胞や胎児由来神経幹細胞を用いた神経再生療法[10]がヨーロッパを中心に行われているが、日本では生命倫理の問題が大きく、解決のめどが立っていない。

脳梗塞に対する細胞治療は注目されているが、投与経路や用いる細胞の種類、対象治療的な神経保護目的なのか根治治療を目指した再生治療目的なのかなど、まだ多様な目的をもった研究開発と一部の治験が進行中の段階である。Cui らの 脳梗塞に対するメタアナリシス[9]では 2018 年までの 7677 編の論文から動物実験 355 編、ヒト研究 10 編を抽出し、症状回復に最も関与する因子を検討した結果、投与経路は脳への直接移植、細胞種類としては間葉系幹細胞や単核球よりも神経幹細胞の移植が最も効果的であるという結果であった。同様に Vu らのメタアナリシス[47]でも脳内直接移植が動脈投与や静脈投与と比較して最も効果量が高かった。

保護効果のみではなく組織再生を目指して、機能をもった細胞の直接移植による再生医療が研究されている。例えば、パーキンソン病に対する再生医療では、iPS 細胞由来のドパミン神経前駆細胞を脳内に直接移植し[21]、また重症心不全に対しては iPS 細胞由来の収縮力をもった心筋塊の移植[45]の研究がすすめられている。脳梗塞に対しても iPS 細胞から分化誘導した神経前駆細胞の移植研究が進んできているが[21]、成熟したニューロンの移植では生着率が低い [11]という問題点が残っている。

1-3 歯髄について
様々な種類の細胞が研究に用いられているが、本研究では、神経堤由来の口腔内間葉系幹細胞に着目した。神経堤は胎生期に神経外胚葉と表皮外胚葉の間に出現する移動性の多能性をもつ細胞集団であり、その重要性から外胚葉、中胚葉、内胚葉の三胚葉に続く、第四の胚葉ともいわれる。骨髄や皮下脂肪からの組織幹細胞よりも容易にかつ多量に神経系細胞に分化誘導する事が出来る。歯髄幹細胞は神経堤由来の口腔内体性幹細胞であり、智歯の抜歯などで容易に採取可能である。神経堤由来の歯髄幹細胞は山中 4 因子(Klf4, Sox2, c-Myc, Oct4)や Nanog を発現している。これらの因子は自己複製能の促進と未分化な 状態の維持にかかわる因子であり、多能性や増殖能の高さにつながる[48]。その結果、骨髄幹細胞よりも歯髄幹細胞は分化増殖能が高い事が報告されている[1]。
この歯髄組織由来の幹細胞を用いた脳梗塞治療が行われている[2,29,37,38]。幹細胞そのものの投与・移植でも神経症状が改善する事が報告されているが、その主な要因は抗炎症効果や脳血液関門の保護などに留まっていると考えられている[38]。

参考文献

1. Alge DL, Zhou D, Adams LL, Wyss BK, Shadday MD, Woods EJ, et al: Donor-matched comparison of dental pulp stem cells and bone marrow-derived mesenchymal stem cells in a rat model. J Tissue Eng Regen Med 4:73-81, 2010

2. Arthur A, Rychkov G, Shi S, Koblar SA, Gronthos S: Adult human dental pulp stem cells differentiate toward functionally active neurons under appropriate environmental cues. Stem Cells 26:1787-1795, 2008

3. Balkaya M, Kröber JM, Rex A, Endres M: Assessing post-stroke behavior in mouse models of focal ischemia. J Cereb Blood Flow Metab 33:330-338, 2013

4. Berkhemer OA, Fransen PSS, Beumer D, van den Berg LA, Lingsma HF, Yoo AJ, et al: A Randomized Trial of Intraarterial Treatment for Acute Ischemic Stroke. N Engl J Med 372:11-20, 2014

5. Bliss TM, Andres RH, Steinberg GK: Optimizing the success of cell transplantation therapy for stroke. Neurobiology of Disease 37:275-283, 2010

6. Broderick JP, Berkhemer OA, Palesch YY, Dippel DW, Foster LD, Roos YB, et al: Endovascular Therapy Is Effective and Safe for Patients With Severe Ischemic Stroke: Pooled Analysis of Interventional Management of Stroke III and Multicenter Randomized Clinical Trial of Endovascular Therapy for Acute Ischemic Stroke in the Netherlands Data. Stroke 46:3416-3422, 2015

7. Campbell BC, Hill MD, Rubiera M, Menon BK, Demchuk A, Donnan GA, et al: Safety and Efficacy of Solitaire Stent Thrombectomy: Individual Patient Data Meta-Analysis of Randomized Trials. Stroke 47:798-806, 2016

8. Campbell BC, Mitchell PJ, Kleinig TJ, Dewey HM, Churilov L, Yassi N, et al: Endovascular therapy for ischemic stroke with perfusion-imaging selection. N Engl J Med 372:1009-1018, 2015

9. Cui LL, Golubczyk D, Tolppanen AM, Boltze J, Jolkkonen J: Cell therapy for ischemic stroke: Are differences in preclinical and clinical study design responsible for the translational loss of efficacy? Ann Neurol 86:5-16, 2019

10. Flax JD, Aurora S, Yang C, Simonin C, Wills AM, Billinghurst LL, et al: Engraftable human neural stem cells respond to developmental cues, replace neurons, and express foreign genes. Nat Biotechnol 16:1033-1039, 1998

11. Fricker-Gates RA, Shin JJ, Tai CC, Catapano LA, Macklis JD: Late-stage immature neocortical neurons reconstruct interhemispheric connections and form synaptic contacts with increased efficiency in adult mouse cortex undergoing targeted neurodegeneration. J Neurosci 22:4045-4056, 2002

12. Goyal M, Demchuk AM, Menon BK, Eesa M, Rempel JL, Thornton J, et al: Randomized assessment of rapid endovascular treatment of ischemic stroke. N Engl J Med 372:1019-1030, 2015

13. Goyal M, Menon BK, van Zwam WH, Dippel DW, Mitchell PJ, Demchuk AM, et al: Endovascular thrombectomy after large-vessel ischaemic stroke: a meta-analysis of individual patient data from five randomised trials. Lancet 387:1723-1731, 2016

14. Gronthos S, Mankani M, Brahim J, Robey PG, Shi S: Postnatal human dental pulp stem cells (DPSCs) in vitro and in vivo. Proc Natl Acad Sci U S A 97:13625-13630, 2000

15. Herculano-Houzel S: The glia/neuron ratio: How itvaries uniformly across brain structures and species andwhat that means for brain physiology and evolution. Glia 62:1377-1391, 2014

16. Hess DC, Wechsler LR, Clark WM, Savitz SI, Ford GA, Chiu D, et al: Safety and efficacy of multipotent adult progenitor cells in acute ischaemic stroke (MASTERS): a randomised, double-blind, placebo-controlled, phase 2 trial. Lancet Neurol 16:360-368, 2017

17. Huang da W, Sherman BT, Lempicki RA: Bioinformatics enrichment tools: paths toward the comprehensive functional analysis of large gene lists. Nucleic Acids Res 37:1-13, 2009

18. Huang da W, Sherman BT, Lempicki RA: Systematic and integrative analysis of large gene lists using DAVID bioinformatics resources. Nat Protoc 4:44-57, 2009

19. Kasahara Y, Yamahara K, Soma T, Stern DM, Nakagomi T, Matsuyama T, et al: Transplantation of hematopoietic stem cells: intra-arterial versus intravenous administration impacts stroke outcomes in a murine model. Transl Res 176:69-80, 2016

20. Kawai H, Yamashita T, Ohta Y, Deguchi K, Nagotani S, Zhang X, et al: Tridermal tumorigenesis of induced pluripotent stem cells transplanted in ischemic brain. J Cereb Blood Flow Metab 30:1487-1493, 2010

21. Kikuchi T, Morizane A, Doi D, Magotani H, Onoe H, Hayashi T, et al: Human iPS cell-derived dopaminergic neurons function in a primate Parkinson's disease model. Nature 548:592-596, 2017

22. Kitahara T, Sakaguchi H, Morizane A, Kikuchi T, Miyamoto S, Takahashi J: Axonal Extensions along Corticospinal Tracts from Transplanted Human Cerebral Organoids. Stem Cell Reports 15:467-481, 2020

23. Li X, Blizzard KK, Zeng Z, DeVries AC, Hurn PD, McCullough LD: Chronic behavioral testing after focal ischemia in the mouse: functional recovery and the effects of gender. Exp Neurol 187:94-104, 2004

24. Müller FJ, Laurent LC, Kostka D, Ulitsky I, Williams R, Lu C, et al: Regulatory networks define phenotypic classes of human stem cell lines. Nature 455:401-405, 2008

25. National Institute of Neurological Disorders and Stroke rt-PA Stroke Study Group: Tissue plasminogen activator for acute ischemic stroke. N Engl J Med 333:1581-1587, 1995

26. Oki K, Tatarishvili J, Wood J, Koch P, Wattananit S, Mine Y, et al: Human-induced pluripotent stem cells form functional neurons and improve recovery after grafting in stroke-damaged brain. Stem Cells 30:1120-1133, 2012

27. Palma-Tortosa S, Tornero D, Grønning Hansen M, Monni E, Hajy M, Kartsivadze S, et al: Activity in grafted human iPS cell–derived cortical neurons integrated in stroke-injured rat brain regulates motor behavior. Proc Natl Acad Sci U S A 117(16):9094-9100, 2020

28. Prentice JS, Homann J, Simmons KD, Tkačik G, Balasubramanian V, Nelson PC: Fast, scalable, Bayesian spike identification for multi-electrode arrays. PloS one 6:e19884-e19884, 2011

29. Raza SS, Wagner AP, Hussain YS, Khan MA: Mechanisms underlying dental-derived stem cell-mediated neurorestoration in neurodegenerative disorders. Stem Cell Res Ther 9:245, 2018

30. Rennert RC, Wali AR, Steinberg JA, Santiago-Dieppa DR, Olson SE, Pannell JS, et al: Epidemiology, Natural History, and Clinical Presentation of Large Vessel Ischemic Stroke. Neurosurgery 85:S4-s8, 2019

31. Ribo M, Molina CA, Cobo E, Cerdà N, Tomasello A, Quesada H, et al: Association Between Time to Reperfusion and Outcome Is Primarily Driven by the Time From Imaging to Reperfusion. Stroke 47:999-1004, 2016

32. Saver JL, Goyal M, Bonafe A, Diener HC, Levy EI, Pereira VM, et al: Stent-retriever thrombectomy after intravenous t-PA vs. t-PA alone in stroke. N Engl J Med 372:2285-2295, 2015

33. Savitz SI, Yavagal D, Rappard G, Likosky W, Rutledge N, Graffagnino C, et al: A Phase 2 Randomized, Sham-Controlled Trial of Internal Carotid Artery Infusion of Autologous Bone Marrow-Derived ALD-401 Cells in Patients With Recent Stable Ischemic Stroke (RECOVER-Stroke). Circulation 139:192-205, 2019

34. Schaar KL, Brenneman MM, Savitz SI: Functional assessments in the rodent stroke model. Exp Transl Stroke Med 2:13, 2010

35. Schneider CA, Rasband WS, Eliceiri KW: NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nat Methods 9:671-675, 2012

36. Shichinohe H, Kawabori M, Iijima H, Teramoto T, Abumiya T, Nakayama N, et al: Research on advanced intervention using novel bone marrOW stem cell (RAINBOW): a study protocol for a phase I, open-label, uncontrolled, dose-response trial of autologous bone marrow stromal cell transplantation in patients with acute ischemic stroke. BMC Neurol 17:179, 2017

37. Song M, Lee JH, Bae J, Bu Y, Kim EC: Human Dental Pulp Stem Cells Are More Effective Than Human Bone Marrow-Derived Mesenchymal Stem Cells in Cerebral Ischemic Injury. Cell Transplant 26:1001-1016, 2017

38. Sowa K, Nito C, Nakajima M, Suda S, Nishiyama Y, Sakamoto Y, et al: Impact of Dental Pulp Stem Cells Overexpressing Hepatocyte Growth Factor after Cerebral Ischemia/Reperfusion in Rats. Mol Ther Methods Clin Dev 10:281-290, 2018

39. Steinberg GK, Kondziolka D, Wechsler LR, Lunsford LD, Coburn ML, Billigen JB, et al: Clinical Outcomes of Transplanted Modified Bone Marrow-Derived Mesenchymal Stem Cells in Stroke: A Phase 1/2a Study. Stroke 47:1817-1824, 2016

40. Subramanian A, Tamayo P, Mootha VK, Mukherjee S, Ebert BL, Gillette MA, et al: Gene set enrichment analysis: A knowledge-based approach for interpreting genome-wide expression profiles. Proc Natl Acad Sci U S A 102:15545, 2005

41. Sugimori H, Yao H, Ooboshi H, Ibayashi S, Iida M: Krypton laser-induced photothrombotic distal middle cerebral artery occlusion without craniectomy in mice. Brain Res Brain Res Protoc 13:189-196, 2004

42. Taguchi A, Kasahara Y, Nakagomi T, Stern DM, Fukunaga M, Ishikawa M, et al: A Reproducible and Simple Model of Permanent Cerebral Ischemia in CB-17 and SCID Mice. J Exp Stroke Transl Med 3:28-33, 2010

43. Takahashi H, Ishikawa H, Tanaka A: Regenerative medicine for Parkinson's disease using differentiated nerve cells derived from human buccal fat pad stem cells. Hum Cell 30:60-71, 2017

44. Takashima N, Arima H, Kita Y, Fujii T, Miyamatsu N, Komori M, et al: Incidence, Management and Short-Term Outcome of Stroke in a General Population of 1.4 Million Japanese - Shiga Stroke Registry. Circ J 81:1636-1646, 2017

45. Tohyama S, Hattori F, Sano M, Hishiki T, Nagahata Y, Matsuura T, et al: Distinct metabolic flow enables large-scale purification of mouse and human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes. Cell Stem Cell 12:127-137, 2013

46. Umemura K, Higo K, Sakata T, Yuki S, Iwata K, Yamaguchi K: Effects of alteplase, a thrombolytic agent, in a rat photothrombotic middle cerebral artery occlusion model. Pathophysiol Haemost Thromb 36:245-250, 2008

47. Vu Q, Xie K, Eckert M, Zhao W, Cramer SC: Meta-analysis of preclinical studies of mesenchymal stromal cells for ischemic stroke. Neurology 82:1277-1286, 2014

48. Yalvac ME, Ramazanoglu M, Rizvanov AA, Sahin F, Bayrak OF, Salli U, et al: Isolation and characterization of stem cells derived from human third molar tooth germs of young adults: implications in neo-vascularization, osteo-, adipo- and neurogenesis. Pharmacogenomics J 10:105-113, 2010

49. Yuan SH, Martin J, Elia J, Flippin J, Paramban RI, Hefferan MP, et al: Cell-surface marker signatures for the isolation of neural stem cells, glia and neurons derived from human pluripotent stem cells. PLoS One 6:e17540, 2011

参考文献をもっと見る