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連載 脳神経外科における再生医療―臨床応用にむけて(6)
ヒトES細胞移植によるパーキンソン病治療法の開発
著者: 髙橋淳1
所属機関: 1京都大学再生医科学研究所生体修復応用分野
ページ範囲:P.935 - P.943
文献購入ページに移動Ⅰ.はじめに
ES(embryonic stem)細胞はin vitroでの病態解明や創薬の分野において有用であるが,細胞移植のドナーとしても期待されている.神経難病に対する細胞移植治療として,特にパーキンソン病に対する胎児細胞移植が行われてきた.パーキンソン病は黒質から線条体に投射するドーパミン産生ニューロンの脱落により無動,固縮や振戦が起こる病気である.1980年代以来,すでに数百例の胎児中脳黒質細胞移植が行われその有効性が報告されてきた.近年,二重盲検臨床治験の結果が報告され,少なくとも60歳以下の軽・中症例には効果があることが明らかとなった6,13).しかし,15%から約半数の症例で移植後にジスキネジアがみられ,これはL―ドーパの投与を中止しても治まらなかった(off-medication dyskinesia).この原因としては,細胞の量(多すぎた?)や質(ドーパミン産生ニューロン以外にGABA(gamma-aminobutyric acid)産生ニューロンやアセチルコリン産生ニューロンなどが多く含まれている?),不均一性(線状体の中でドーパミン濃度が不均一になった)などの問題が考えられているが,詳細は不明である.また胎児1体分と4体分の細胞移植の比較では,後者でしか優位な行動改善が得られなかった.このことは,移植を成功させるにはある程度の量を移植する必要があることを示している.これらの結果から,患者の選択も含めて胎児細胞移植の方法はまだまだ検討しなければならない点が多々あると考えられる.また,胎児細胞を移植に使うには供給面,倫理面の問題があり,この治療法は広く普及するには至っていない.そこで注目されているのが培養によって増やすことのできる幹細胞の利用である.幹細胞は自己増殖可能なので胎児細胞などと違って培養によって大量かつ比較的均一な細胞を得ることができ,凍結保存も可能である.そして,分化をコントロールすることができれば理論的にはその疾患に必要な神経細胞を大量に得ることができることになる.候補として考えられている幹細胞は,胎児や成体脳から分離した神経幹細胞,ES細胞,間葉系幹細胞などであるが,それぞれが長所短所を持っている.本稿では,高い増殖能と多分化能をもち,細胞移植のドナーとして潜在能力は高いが,初期胚由来であるという倫理的問題も指摘されているES細胞について述べる.基本戦略は,まずES細胞からニューロンやグリア細胞(特に対象疾患治療に必要な細胞)を誘導し,それを移植して脳内で機能させるということである(Fig. 1).
ES(embryonic stem)細胞はin vitroでの病態解明や創薬の分野において有用であるが,細胞移植のドナーとしても期待されている.神経難病に対する細胞移植治療として,特にパーキンソン病に対する胎児細胞移植が行われてきた.パーキンソン病は黒質から線条体に投射するドーパミン産生ニューロンの脱落により無動,固縮や振戦が起こる病気である.1980年代以来,すでに数百例の胎児中脳黒質細胞移植が行われその有効性が報告されてきた.近年,二重盲検臨床治験の結果が報告され,少なくとも60歳以下の軽・中症例には効果があることが明らかとなった6,13).しかし,15%から約半数の症例で移植後にジスキネジアがみられ,これはL―ドーパの投与を中止しても治まらなかった(off-medication dyskinesia).この原因としては,細胞の量(多すぎた?)や質(ドーパミン産生ニューロン以外にGABA(gamma-aminobutyric acid)産生ニューロンやアセチルコリン産生ニューロンなどが多く含まれている?),不均一性(線状体の中でドーパミン濃度が不均一になった)などの問題が考えられているが,詳細は不明である.また胎児1体分と4体分の細胞移植の比較では,後者でしか優位な行動改善が得られなかった.このことは,移植を成功させるにはある程度の量を移植する必要があることを示している.これらの結果から,患者の選択も含めて胎児細胞移植の方法はまだまだ検討しなければならない点が多々あると考えられる.また,胎児細胞を移植に使うには供給面,倫理面の問題があり,この治療法は広く普及するには至っていない.そこで注目されているのが培養によって増やすことのできる幹細胞の利用である.幹細胞は自己増殖可能なので胎児細胞などと違って培養によって大量かつ比較的均一な細胞を得ることができ,凍結保存も可能である.そして,分化をコントロールすることができれば理論的にはその疾患に必要な神経細胞を大量に得ることができることになる.候補として考えられている幹細胞は,胎児や成体脳から分離した神経幹細胞,ES細胞,間葉系幹細胞などであるが,それぞれが長所短所を持っている.本稿では,高い増殖能と多分化能をもち,細胞移植のドナーとして潜在能力は高いが,初期胚由来であるという倫理的問題も指摘されているES細胞について述べる.基本戦略は,まずES細胞からニューロンやグリア細胞(特に対象疾患治療に必要な細胞)を誘導し,それを移植して脳内で機能させるということである(Fig. 1).
参考文献
1)Barberi T, Klivenyi P, Calingasan NY, Lee H, Kawamata H, Loonam K, Perrier AL, Bruses J, Rubio ME, Topf N, Tabar V, Harrison NL, Beal MF, Moore MAS, Studer L:Neural subtype specification of fertilization and nuclear transfer embryonic stem cells and application in parkinsonian mice. Nat Biotech 21:1200-1207, 2003
2)Ben-Hur T, Idelson M, Khaner H, Pera M, Reinhartz E, Itzik A, Reubinoff BE:Transplantation of human embryonic stem cell-derived neural progenitors improves behavioral deficit in Parkinsonian rats. Stem Cells 22:1246-1255, 2004
3)Björklund LM, Sánchez-Pernaute R, Andersson T, Andersson T, Che IYC, McNaught KStP, Brownell A-L, Jenkins BG, Wahlestedt C, Kim K-S, Isacson O:Embryonic stem cells develop into functional dopaminergic neurons after transplantation in a Parkinson rat model. Proc Natl Acad Sci U S A 99:2344-2349, 2002
4)Brederlau A, Correia AS, Anisimov SV, Elmi M, Paul G, Roybon L, Morizane A, Bergquist F, Riebe I, Nannmark U, Carta M, Hanse E, Takahashi J, Sasai Y, Funa K, Brundin P, Eriksson PS, Li JY:Transplantation of human embryonic stem cell-derived cells to a rat model of Parkinson's disease:effect of in vitro differentiation on graft survival and teratoma formation. Stem Cells 24:1433-1440, 2006
5)Drukker M, Katz G, Urbach A,Schuldiner M, Markel G, Itskovitz-Eldor J, Reubinoff B, Mandelboim O, Benvenisty N:Characterization of the expression of MHC proteins in human embryonic stem cells. Proc Natl Acad Sci U S A 99:9864-9869, 2002
6)Freed CR, Greene PE, Breeze RE, Tsai WY, DuMouchel W, Kao R, Dillon S, Winfield H, Culver S, Trojanowski JQ, Eidelberg D, Fahn S:Transplantation of embryonic dopamine neurons for severe Parkinson's disease. N Engl J Med 344:710-719, 2001
7)Fukuda H, Takahashi J, Watanabe K, Hayashi H, Morizane A, Koyanagi M, Sasai Y, Hashimoto N:FACS-based purification of ES cell-derived neural precursors averts tumor formation after transplantation. Stem Cells 24:763-771, 2006
8)Harkany T, Andäng M, Kingma HJ, Görcs TJ, Holmqren CD, Zilberter Y, Ernfors P:Region-specific generation of functional neurons from naïve embryonic stem cells in adult brain. J Neurochem 88:1229-1239, 2004
9)Kanatsu-Shinohara M, Inoue K, Lee J, Yoshimoto M, Ogonuki N, Miki H, Baba S, Kato T, Kazuki Y, Toyokuni S, Toyoshima M, Niwa O, Oshimura M, Heike T, Nakahata T, Ishino F, Ogura A, Shinohara T:Generation of pluripotent stem cells from neonatal mouse testis. Cell 119:1001-1012, 2004
10)Kawasaki H, Mizuseki K, Nishikawa S, Kaneko S, Kuwana Y, Nakanishi S, Nishikawa S-I, Sasai Y:Induction of midbrain dopaminergic neurons from ES cells by stromal cell-derived inducing activity. Neuron 28:31-40, 2000
11)Kim J-H, Auerbach JM, Rodriguez-Gómez J, Velasco I, Gavin D, Lumelsky N, Lee S-H, Nguyen J, Sánchez-Pernaute R, Banliewicz, K, McKay RD:Dopamine neurons derived from embryonic stem cells function in an animal model of Parkinson's disease. Nature 418:50-56, 2002
12)Lee S-H, Lumelsky N, Studer L, Auerbach JM, McKay RD:Efficient generation of midbrain and hindbrain neurons from mouse embryonic stem cells. Nat Biotech 18:675-679, 2000
13)Olanow CW, Goetz CG, Kordower JH, Stoessl AJ, Sossi V, Brin MF, Shannon KM, Nauert GM, Perl DP, Godbold J, Freeman TB:A double-blind controlled trial of bilateral fetal nigral transplantation in Parkinson's disease. Ann Neurol 54:403-414, 2003
14)Park CH, Minn YK, Lee JY, Choi DH, Chang MY, Shim JW, Ko JY, Koh HC, Kang MJ, Kang JS, Rhie DJ, Lee YS, Son H, Moon SY, Kim KS, Lee SH:In vitro and in vivo analyses of human embryonic stem cell-derived dopamine neurons. J Neurochem 92:1265-1276, 2005
15)Perrier AL, Tabar V, Barberi T, Rubio ME, Bruses J, Topf N, Harrison NL, Studer L:Derivation of midbrain dopamine neurons from human embryonic stem cells. Proc Natl Acad Sci U S A 101:12543-12548, 2004
16)Roy NS, Cleren C, Singh SK, Yang L, Beal MF, Goldman SA:Functional engraftment of human ES cell-derived dopaminergic neurons enriched by coculture with telomerase-immortalized midbrain astrocytes. Nat Med 12:1259-1268, 2006
17)Schulz TC, Noggle SA, Palmarini GM, Weiler DA, Lyons IG, Pensa KA, Meedeniya AC, Davidson BP, Lambert NA, Condie BG:Differentiation of human embryonic stem cells to dopaminergic neurons in serum-free suspension culture. Stem Cells 22:1218-1238, 2004
18)Sonntag KC, Pruszak J, Yoshizaki T, van Arensbergen J, Sanchez-Pernaute R, Isacson O:Enhanced yield of neuroepithelial precursors and midbrain-like dopaminergic neurons from human embryonic stem cells using the BMP antagonist noggin. Stem Cells 25:411-418, 2006
19)Sortwell CE, Pitzer MR, Collier TJ:Time course of apoptotic cell death within mesencephalic cell suspension grafts:implications for improving grafted dopamine neuron survival. Exp Neurol 165:268-277, 2000
20)Takagi Y, Takahashi J, Saiki H, Morizane A, Hayashi T, Kishi Y, Fukuda H, Okamoto Y, Koyanagi M, Ideguchi M, Hayashi H, Imazato T, Kawasaki H, Suemori H, Omachi S, Iida H, Itoh N, Nakatsuji N, Sasai Y, Hashimoto N:Dopaminergic neurons generated from monkey embryonic stem cells function in a Parkinson primate model. J Clin Invest 115:102-109, 2005
21)Takahashi K, Yamanaka S:Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell 126:663-676, 2006
22)Ueno M, Matsumura M, Watanabe K, Nakamura T, Osakada F, Takahashi M, Kawasaki H, Kinoshita S, Sasai Y:Neural conversion of ES cells by an inductive activity on human amniotic membrane matrix. Proc Natl Acad Sci U S A 103:9554-9559, 2006
23)Watanabe K, Ueno M, Kamiya D, Nishiyama A, Matsumura M, Wataya T, Takahashi J, Nishikawa S, Nishikawa S-I, Muguruma K, Sasai Y:A ROCK inhibitor permits survival of dissociated human embryonic stem cells. Nat Biotech 25:681-686, 2007
24)Yan Y, Yang D, Zarnowska ED, Du Z, Werbel B, Valliere C, Pearce RA, Thomson JA, Zhang SC:Directed differentiation of dopaminergic neuronal subtypes from human embryonic stem cells. Stem Cells 23:781-790, 2005
25)Zeng X, Cai J, Chen J, Luo Y, You ZB, Fotter E, Wang Y, Harvey B, Miura T, Backman C, Chen GJ, Rao MS, Freed WJ:Dopaminergic differentiation of human embryonic stem cells. Stem Cells 22:925-940, 2004
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