ワシントン大学とSANAの研究者らが遺伝子編集を用いて心臓修復のための幹細胞を準備

ヒト幹細胞の研究者たちは、損傷した心臓の修復を長年夢見てきましたが、実験動物において幹細胞が不整脈を引き起こすという研究結果によって阻まれてきました。ワシントン大学とシアトルに拠点を置くサナ・バイオテクノロジー社の研究者らが国際幹細胞学会年次総会で発表した報告によると、新たな遺伝子工学的アプローチによってこの障壁が克服されたとのことです。

心臓発作では通常、約10億個の細胞が死滅すると、ワシントン大学幹細胞・再生医療研究所所長のチャールズ・マリー氏は月曜日にデータを発表した。このような大量の細胞死は、心不全などの二次的影響につながる可能性がある。心不全は、米国で約620万人が罹患している、しばしば衰弱を伴う疾患である。心臓発作後の損傷を幹細胞を用いて修復することは、マリー氏の研究室の長年の目標であった。

この分野における大きな課題の1つは、実験動物の心臓に細胞を移植すると、心臓全体が急速に鼓動するようになる、いわゆる「生着不整脈」を引き起こす可能性があることだと、今年初めに株式を公開したサナの上級副社長兼心臓代謝細胞治療部門の責任者でもあるマリー氏は述べた。

「心臓の鼓動が速すぎるこの移植不整脈は、臨床試験に至るまでに私たちが克服しようとしてきた大きなハードルの一つでした」とマリー氏はプレスリリースで述べた。

マリー氏らは、遺伝子工学的手法を用いてブタの心臓に移植した細胞を用いて、生着不整脈を抑制するという研究成果を上げた。次のステップは、この細胞がマカクザルの心臓損傷を修復できるかどうかを調べることだ。これらの研究が成功すれば、ヒトを対象とした臨床試験を開始する予定だとマリー氏は述べた。

不整脈を抑えるため、マリー氏らはノーベル賞を受賞した遺伝子ノックアウト技術「CRISPR」に着目した。彼らは幹細胞において、異なるイオンチャネルをコードする3つの遺伝子をノックアウトした。イオンチャネルは細胞膜に埋め込まれ、心拍を伝達するインパルスを媒介する分子である。さらに、膜を介したカリウムの移動を媒介する別のイオンチャネル「KCNJ2」のDNAも追加した。「これは落ち着かせるチャネルです」とマリー氏はGeekWireに語った。「心臓細胞に興奮しないように指示するのです。」

ヒト胚性幹細胞から誘導された人工幹細胞は、ペトリ皿内で心筋細胞へと誘導され、開胸手術またはカテーテルを用いてブタに移植された。その結果、心拍は均一になり、遺伝子改変細胞は移植後不整脈を引き起こさなかった。

研究者らは、不整脈の際に細胞内にどのチャネルが存在するかを評価し、正しい組み合わせになるまで複数の種類のチャネルをノックアウトするといった何年もの努力の末、この戦略にたどり着いた。

マカクザルを用いた次の一連の実験では、「これらの細胞がまだ有効であることを確認したい」とマリー氏は述べた。「培養状態でも順調に成長しているので、大丈夫だろうと考えています。」今後、研究者たちは、成人から採取でき、臨床使用により長期的な使用に適した人工ヒト多能性幹細胞も使用する予定だ。

Cell Systems誌に掲載された最近の別の研究では、アレン細胞科学研究所の科学者たちが幹細胞由来の心筋細胞を詳細に観察しました。彼らは、細胞の構造と活性化されている遺伝子の両方を評価することで、細胞の成熟度など、細胞の状態を分類できることを発見しました。

「これは私たちの細胞のより広い全体像を描き出すものです。細胞の状態を真に理解し、特徴づけたい場合、これら2種類の情報は互いに補完し合う可能性があることが分かりました」と、アレン細胞科学研究所の科学者ケイトリン・ガービン氏は声明で述べています。今回の発見は細胞の状態に関する詳細な分析を提供し、心筋やその他の細胞種に関する今後の実験の指針となる可能性があります。

マリー氏の研究は主にワシントン大学で行われ、サナからの資金援助を受けています。サナは心臓病プログラムに加え、糖尿病、血液疾患、免疫療法などの分野で細胞・遺伝子治療プログラムを展開しています。