慶大、ブタの心臓由来コラーゲンを用いて成熟したヒト人工心筋組織を作製

慶應義塾大学(慶大)は6月20日、ブタの心臓から抽出したコラーゲンを用いることにより、成熟した人工のヒト心筋組織を作製することに成功したと発表した。

同成果は、慶大 医学部 内科学教室(循環器)の遠山周吾専任講師、同・小林英司客員教授、慶大 医学部・医学研究科 心臓病未来治療学共同研究講座の谷英典特任助教、ニッピの共同研究チームによるもの。詳細は、生体材料に関する全般を扱う学術誌「Biomaterials」に掲載された。

ヒトiPS細胞由来心筋細胞は、既存の二次元培養系において、依然として非心筋細胞や異なるタイプの心筋細胞の混入、ロット間のばらつき、胎児期相当の未熟な細胞であるといった課題が残されている。

組織作製においては、胞外基質が組織の成熟化を促進することが報告されているが、その機序は未解明であり、適正な添加条件は不明だ。そうした中で研究チームは、臓器特異的線維芽細胞が存在し、それが分泌する臓器特異的細胞外基質が組織前駆細胞の分化・成熟を促し、臓器発生に関わると考察。今回は、細胞外基質の中の最重要成分である「線維性コラーゲン」に着目したという。

• 臓器、組織特異的なコラーゲン、線維芽細胞の概要図。(出所:慶大プレスリリースPDF)

一般的に臓器再生では、皮膚由来もしくは純化したI型コラーゲンが用いられている。しかし研究チームは今回、ブタのさまざまな臓器からコラーゲンを抽出し、それらを組み合わせたものを用いて、3次元心筋組織化の適正条件を検討したとする。

そして、心臓由来コラーゲンを用いたヒト心筋組織(以下「HCヒト心筋組織」)が、他臓器コラーゲンを用いたヒト心筋細胞(以下「他臓器Cヒト心筋組織」)よりも、組織の形状が長期間維持されることが確認された。またHCヒト心筋組織は、他臓器Cヒト心筋組織よりも強い収縮力を示したという。

次に、コラーゲンの線維形成能を比較したところ、心臓、腎臓、脾臓のコラーゲンは肝臓、肺、皮膚のコラーゲンと比較して線維形成アッセイで濁度が低く、細い線維を形成していることが突き止められた。

さらに、このような違いが生まれる原因として、コラーゲンの組成の違いが重要であることが判明。心臓、中でも左心室に含まれるコラーゲンは他臓器と比較して明らかにIII型、V型の比率が、I型と比較して多いことが確認された。

• (A)人工心筋組織作製の概要。(B)臓器別コラーゲンの違いによる人工心筋組織の形状維持率の経時的な違いが確認された。(C)線維性コラーゲン(I型、III型、V型)の比率の臓器ごとの違いが確認された。心臓が最も多くのIII型、V型を含有している。(出所:慶大プレスリリースPDF)