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Three-dimensional human placenta-like bud synthesized from induced pluripotent stem cells

Sato, Mai 京都大学 DOI:10.14989/doctor.k23779

2022.03.23

概要

胎盤を形成する絨毛細胞は、母体―胎児間へのガス交換、栄養供給、老廃物の代謝などで重要な役割を担っている。分化の初期段階における絨毛様細胞の主体成分となるcytotrophoblast(CTB)は、子宮内へ浸潤して胎盤への血流を確保するextra villous trophoblast(EVT)と、絨毛の外層で母体血液と接してガスや栄養の交換に寄与するsyncytiotrophoblast(STB)の2種類へ分化していく。胎盤機能が不全状態に陥ると、胎児発育不全や妊娠高血圧症候群など様々な妊娠中の合併症を引き起こす。このような胎盤機能不全では、胎児予備能の許容限界まで在胎期間を延長する待機療法が主体であるが、予後不良な症例も多数存在し、現在のところ根本的な治療は存在しない。再生医療の分野ではiPS細胞を用いた器官芽の作成や移植が各種臓器で報告されている。今回、iPS細胞より誘導した絨毛様細胞を元に胎盤の立体的器官芽の作成を試みた。

まずiPS細胞から絨毛様細胞への分化誘導実験を行った。iPS細胞に100ng/mlのBMP4を添加し8日間培養した。細胞は2日毎に回収し、遺伝子発現をqPCR法で確認した。iPS細胞のマーカーであるSOX2,NANOG,OCT4/POU5F1はday0では高発現していたが、BMP4投与により経時的に減少した。一方、胚盤胞栄養外胚葉のマーカーであるCDX2はday2に最高値となるが、day4以降は減少に転ずる。これに比してCTBのマーカーであるKRT7,TP63はday0から増加していき、day4で最高値となった。さらにday4～6以降はSTBのマーカーであるCGB3/HCGやERVW1の発現が高値を示した。EVTのマーカーであるHLAGは、day4～6より著明に増加していった。以上より、iPS細胞や分化前段階の多能性幹細胞発現マーカーが減少に転じた後、分化した絨毛様細胞の発現マーカーが増加していることより、iPS細胞から絨毛様細胞への分化誘導は成功したと考えられた。

次いで誘導した絨毛様細胞を基に立体的器官芽を作成した。絨毛様細胞にhuman mesenchymal stem cells(MSCs)とhuman umbilical vein endothelial cells(HUVECs)を加えマトリゲル上で共培養すると、細胞集団は48時間後より自然に集積し立体的細胞塊を形成した。免疫染色でCK7は器官芽全体に発現しているのに対し、HCGは器官芽内部に島状の細胞塊を形成していた。HLAGは器官芽の外周を主体として発現していた。

最後に作成した器官芽の子宮への移植実験を行った。偽妊娠状態とした免疫不全マウスの子宮内へ麻酔・開腹下に18G針で器官芽を注入し、術後7日目に組織を回収した。9例の移植を行い2例の生着が確認できた。HLAG陽性のEVT様細胞は器官芽の外側で層状に発現しており、器官芽の内部にはHCG陽性のSTB様細胞が島状に分布し、また隣接して血管腔様の構造が確認できた。また2種類の絨毛様細胞はホストであるマウスからの豊富な血液還流により取り囲まれていた。以上の結果から、マウスへ移植された器官芽はヒト胎盤を模したように、EVTとSTBの層状構造を再現できることが判明した。

本研究により、胎盤機能不全の将来への治療に向け、iPS細胞による胎盤の立体的器官芽作成の可能性が示唆された。

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