大型放射光施設 SPring-8

公開日

2015年01月23日

2015年1月23日
国立大学法人大阪大学
独立行政法人 国立循環器病研究センター
公益財団法人 高輝度光科学研究センター

研究成果のポイント
•移植されたiPS細胞の心臓への同化を確認
•心臓疾病の次世代型治療を開発する上で重要なエビデンス
•国立循環器病研究センターとSPring-8が開発した放射光X線回折法と、iPS細胞による心筋再生法という２つの最先端技術の融合による成果

研究の背景
   iPS細胞を用いた心筋再生療法は次世代型の心不全治療として期待されています。実際、本邦を初めとする各国の動物実験により、iPS細胞を心筋細胞に分化誘導させた自己拍動するiPS細胞由来心筋細胞の傷害心臓への移植で心臓機能が改善することが報告されてきました。しかしながら、移植されたiPS細胞由来心筋細胞が収縮弛緩を示し、宿主心臓と電気的に接合し同期運動することにより心臓機能改善に寄与するという心筋再生における最も重要なメカニズムは証明されていませんでした。

研究手法と成果
   研究チームは、ラットの心筋梗塞巣に移植されたiPS細胞由来心筋細胞内の収縮タンパク質分子（アクチン、ミオシン）が、宿主心臓と同期しながら運動を続けていることを、放射光X線回折法のラット拍動心臓への応用により、直接的に映像化することで証明しました。この手法は、心臓収縮の力の源となる心筋の収縮タンパク質分子の運動を心室の様々な部位においてピンポイントで評価可能とする放射光X線回折法であり、平成２５年１月５日に国立循環器病研究センターと高輝度光科学研究センターが発表しました。
   本研究では、まずラット心臓の左冠状動脈を結紮することによって心筋梗塞を発生させました。次に、ここへ心筋に分化させたiPS細胞由来心筋細胞培養シートを移植しました。その後、iPS細胞由来の心筋細胞が宿主心臓と融合した頃に、大型放射光施設SPring-8BL40XUの高輝度放射光を用いたＸ線回折実験により、これら細胞内の収縮タンパク質に由来するX線回折ピークを観察しました（図1）。
   これらの回折ピークの強度は心筋の収縮と同期して変化しており、収縮タンパク質が心臓と同期して働き、張力を発生していることが明らかになりました。これは、移植されたiPS細胞由来の心筋細胞が、宿主心臓と電気的に接合して同期運動していることを証明します。この実験結果は、iPS細胞由来の心筋細胞が心臓の一部となって働いていることを示しており、心筋再生による心臓機能の改善が見込まれます。

本研究成果が社会に与える影響（本研究成果の意義）
   iPS細胞を用いた心筋再生治療を実現化するために、その治療効果のメカニズムを明確にすることは極めて重要です。本研究では、世界最先端の放射光技術を用いて、心臓に移植されたiPS細胞由来心筋細胞の収縮弛緩を、心臓収縮の力の源となる分子レベルの心筋収縮タンパク質分子の運動で捉えることができました。
   本研究成果は、iPS細胞をSPring-8で評価するという二分野の本邦発の最先端技術を融合させることで、心臓疾病に対する次世代型治療を開発する上で非常に重要なエビデンスを示しました。今後、このような異分野間の連携により科学の進歩が加速されるものと考えられます。

《参考図》