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日本横滨市立大学干细胞领域再突破

2018.07.24
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据公立大学法人横滨市立大学(YCU)等研究机构及企业联合发布的新闻稿报道,横滨市立大学学术院医学群器官再生医学武部贵则副教授、谷口英树教授等带领的研究组与多家企业进行产学研合作,成功开发出利用诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS cells)大量制备人体肝芽(IPSC Liver Buds)的革新性技术。研究组采用京都大学iPS细胞研究所山中伸弥教授等建立的人源白细胞抗原(Human Leukocyte Antigen, HLA)纯合子供体iPS细胞系,制备了肝芽再生所必需的三种细胞,并通过特殊设计的专用培养平板,最终成功培养出稳定均质的肝芽。将肝芽移植到患有严重肝衰竭的免疫缺陷小鼠后,小鼠的生存率获得大幅提高。该研究成果已发表在12月5日的《Cell Reports》上。

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目前对于器官衰竭晚期患者,器官移植是一种有效的治疗方法。但是随着对器官移植需求的逐年增加,器官捐赠的供给显得杯水车薪。每年有成千上万的病人在肝脏移植苦苦等待中死去。因此,器官移植的替代疗法一旦研发成功,将具有里程碑式的重大医学意义,同时带来巨大的经济和社会效益。

此前,人的肝芽制备所必需的血管祖细胞和间充质祖细胞,要从分娩时的脐带和骨髓细胞分离而来。可是考虑到未来工程制备的标准化和可放大性,利用人源iPS细胞来分化诱导所有细胞材料最为理想。横滨市大的研究组采用人源iPS细胞分化诱导方法进行调研,成功确立出制备血管祖细胞和间充质祖细胞的最适方法(图1左)。通过对各细胞特异性表达标记物进行评价,确认了该分化诱导的高效性;同时,也确认了人工制备三维立体人体肝芽(全iPS细胞肝芽)的可行性。而且与用脐带和骨髓分离的血管祖细胞和间充质祖细胞制备的肝芽相比,显示出更稳定、高效的机能。

另外,为了能同时制备 2×〖10〗^4个肝芽 (相当于1×〖10〗^8个肝细胞),研究组和Kuraray株式会社携手,采用表面微细加工技术开发出专用的特殊微孔培养平板 (图2左)。研究组对微孔的倾角和深度等参数、三种细胞的分化阶段、细胞的接种和混合比例等做了大量细致的研究工作后,终于开发出一次性制备和收集肝芽的培养技术。

通过该技术制备的肝芽,移植到免疫缺陷的小鼠体内后,几天内即成功再建了具有血管网的肝组织(图3左),并呈现出例如人体白蛋白分泌和药物代谢功能等人体肝脏的特征性功能。当把大量肝芽移植到患有亚急性肝衰竭的模式小鼠身上后,所有制备批次都展示出显著的治疗效果。

目前,横滨市立大学正在积极推进全iPS肝芽规模化制备工程构建、GCTP (Good Cell and Tissue manufacturing Practice) 技术流程创建、目标疾病模式动物建立等项目,为肝芽移植的临床安全性评价试验做准备。

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