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Candidate cell sources for regenerative medicine include:
  1. ES cells, 2. Fetal cells, and 3. Adult stem cells.
Generation of bone tissue of desired sizes and shapes
Sheet-style biodegradable polymer,   Hybridization of the PLGA
 PLGA (200 um thick) as a scaffold   with collagen microsponge




                                           Collagen
                                           microsponge
                                           overlay the interstices of
                                           the fabricated web-like

                                           PLGA sheets
The cell-seeded sheets were rolled up
                 around a silicone rod,and cultivated
                 them in vivo for 4 weeks at the
                 subcutaneous tissue.



Cylinder-shaped bone
Bone knots
bone of more complex shapes




 We can control bone shape completely
Generation of phalanges by the PLGA hybrid sheet
     with marrow-derived mesenchymal cells.


              phalange-like bone




Thumb of
the graduate student
In vitro and in vivo
  chondrogenesis


                       2W
                                  H
                                  E




                       4
                       W




                       8W


                            Toluidine
                            blue
HE




                                                       Toluidine
                                                       blue
     2W                        4W                        8W
                                                               x 200

Implantation of Cell X in pelleted micromass culture into the
nude mice
(%) 100                    E-MSC100                                (%) 100                     E-MSC214
                                      80




                                 E-GFP(+)
                                 Trop-I(+)
                                                                                                         80




                                                                                                    E-GFP(+)




                                                                                                                                                 oxytocin
                                                                                                    Trop-I(+)
                                      60




                                                                                oxytocin




                                                                                                                                                            5-azaC
                                                                                           5-azaC




                                                                                                                             oxytocin
                                                                                                         60




                                                                                                                                        5-azaC
                                                      oxytocin
                                                                 5-azaC




                                                                                                                                          non
                                                                          non
                                      40




                                                                                                                       non
                                                        non
                                                                                                                 40
                                      20
Endometrium                                                                                                      20
                                       0
                                                      Feeder (-)           Feeder (+)                             0
                                                                                                                       Feeder (-)           Feeder (+)

        Primary culture




        Limiting dilution           E-MSC100


                                               DAPI                        a actinine                           Cx43                        Merge
                                    E-MSC214




    E-MSC100 p       E-MSC214p




                                               DAPI                       a actinine                            Cx43                        Merge
最近の U7 の誘導率の増加
      movie

                QuickTime˛ Ç∆
       DV/DVCPRO - NTSC êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
  ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇå©ÇÈÇΩÇflÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
0




A                         B                       C                                       H
                                                                               100



Pipette
                                                                                                                                        d
                                                                               200


                                                                                                               a
                                                                               300




                                           2sec                                400


    E-MSC100                                                           1sec
                                                                                                                     b                  c
                                                                                     0     100          200    300       400      500       600


D                         E                        F                                      I




                                                                                                                                                  5% %FS
                                                                                               site-a
               Pipette
                                                                                               site-b

                                                                                               site-c

  E-MSC214                              2 sec                          1 sec
                                                                                               site-d
                                                                                                                     time               1s
                                                                                          J
G                                                                                         10
                  APD90       MDP     AMP          Rate     Pacemaker(+)                            E-MSC100                    E-MSC214
                                                                                               8
                   msec        mV     mV             s           n
  E-MSC100        326±12      -55±1   56±7        0.9±0.1       3/17                           6




                                                                                         %FS
  E-MSC214       185 ±16      -48±3   56±3        2.4±0.2      16/22
                                                                                               4              n=9                  n=10
                                                             Mean ± SE
  APD; action potential duration,                                                              2
  MDP; Maximum diastolic potential, AMP; amplitude                                             0
                                                                                                                               Mean ± SE
移植細胞の体内動態追跡システム
     ナノバイオトレースシステム


 細胞治療において移植された細胞がどこに、どのように
 存在しているかを知ることは治療評価において重要。
 現在までに移植細胞の体外検出システムは存在しない。



          【 目的 】
ドナー細胞およびレシピエントに影響を及ぼさない標識マーカ
ーで細胞をラベリングし、体外画像機器にて検出するシステム
を確立する。

         マーカー;造影剤
         画像機器; MRI
Super Paramagnetic Iron Oxide (SPIO)
              超常磁性体酸化鉄




   Feridex 150~250nm         Resovist 57nm




                              T2 短縮効果強い
                       1mL 中にフェルカルボトラン 540mg (鉄 24.9mg )
                       添加物: D- マンニトール、乳酸、水酸化ナトリウム
SPIO       Labeling
          Fe
        Fe Fe
        Fe Fe Fe
                               Fe             Fe
        Fe Fe
                                         Fe        Fe
                          Fe
                     Fe             Fe                           Fe
                           Fe
                                         Fe
                                           Fe           Fe Fe         Fe Fe
                                                            Fe         Fe


                           Phagocytosis                 SPIO labeled cell
                               or
                           Pinocytosis
SPIO 効果 ;  T2 短縮(信号低下)

                                                             •正常肝細胞は鉄コロイド
                                                             を貪食するので信号が低下

                                                             する
                                                             •貪食能のない病変は信号
                                                             が低下しないので白く浮き

                                                             出て見える
          T2 強調           SPIO 造影  T2 強調
Berlin Blue stain




10% FBS DMEM
0.1% Risovist
SPIO incubation for 2 days
        TEM
                     Risovist particles




1500x
              Pinocytotic vesicle
3 hours   2 weeks   4 weeks


MRI
T2W




H-E




BB
先天性代謝異常症 に対 する幹細胞治療法 の開発
       リソソーム病とは                                                         ムコ多糖の分解酵素の欠損
                                                                        グリコサミノグリカン分子(デルマタン硫
 遺伝的要因によるリソソーム酵素活性の低下                                                   酸・ヘパラン硫酸・ケラタン硫酸・コンドロ
                                                                        イチン硫酸・ヒアルロン酸)がリソソーム内
   リソソーム内に分解されない分子が発生                                                   に蓄積することにより、細胞・組織・器官の
                                                                        機能異常が生じる。 
これがリソソーム外に排泄されず進行的に蓄積する。

   細胞機能が低下し、臨床症状を呈する。                                                   特異顔貌、骨形成異常、聴覚・視覚・気道・
                  de Duve (1966)                                        心血管・関節可動域の異常、精神発達遅滞

リソソームの電子顕微鏡写真
                                           神経幹細胞と骨髄間葉系幹細胞の GUSB 活性値の比較

                    U/mg protein           äeéÌç◊ñEÇÃGUSBäàê´                                                    î|ó{è„ê¥ÇÃGUSB äàê´
                                                                                           U/mg protein
                                   840.3
                        1000                                                                     45       34.2
                         900                                                                     40
                         800                                                                     35
                         700                                                                     30
                         600                                                                     25
                         500                                                                                                       13.7
                         400                                                                     20
                         300                 141.8                           126.1               15
                                                      70.6            61.6                                                 2.5                   3.9
                         200                                  24.8                   0.0         10                 1.3                   1.0           0.0
                         100                                                                      5
                           0                                                                      0

                                           DEC       Th1             H162 H123 3521                               DEC     Th1
                                                                                                                                 UET13       ‰`ë—ååcontrol
                                                           KUSA/A1                                                                   KUSA/A1
                         ê_åoä≤ç◊ñE                                                             ê_åoä≤ç◊ñE

                                                                                                                     福原康之 、奥山虎之 らによる
Distribution of GUSB                                                                                         GUSB-positive cells
           activity                                                                                            in treated mouse brain
        in the brain
      2 or 8 wk after
   Sakurai, Ohashi et al.
     transplantation




                                                                                                                         Subventricl
                                                                                                                         e


  Reduction of GAGs
    contents after
   transplantation
                   T-CS                                                    HA

600                       *           *                   100   **           **             **                           Cortex
                                                           90
500                                                        80
400      *                                                 70
                                                           60
300                                                        50
                                                           40
 200
nmol/hr/mg                                               nmol/hr/mg
                                                           30
100                                                        20
                                                           10
   0                                                        0


         MPS VII
                  Normal Treated
                              VII
                                  Normal Treated
            Treated VII MPS MPS VII MPS MPS VII
               MPS
                                            VII
                                                Normal
                                                                   TreatedNormal TreatedNormal TreatedNormal   Olfactory
       Untreated      Untreated      Untreated                   MPS MPS VII MPS MPS VII MPS MPS VII
                                                                      VII           VII           VII
          4wk             8wk          16wk
                                                               Untreated     Untreated     Untreated
                                                                                                               bulb
                                                                  4wk           8wk          16wk                  Bar equals 200 mm
Improvement of cognitive function

Acquisition (d0-d5)
                                  Target quadrant
                                  Mean non-target
                                  quadrants




Probe test
(d6)

                      Untreate Treated Normal
                      d MPS VII MPS VII
平成 15 年              平成 16 年          平成 17 年

     細胞 の調整(骨髄由来細胞)・培養法 の開発 と改良

    疾病モデルマウスの SCID 化   バリデーション(移植、 Chip 、核型、表面マーカー、分化形
                       質)


                大動物(ブタ)による移植実験




      ヒト細胞 に関 する CPC の設立         臨床 プロトコールの作製・倫理委員会審査

倫理委員会審査中   間葉系細胞による「皮膚創傷治癒」に対する臨床研究


                                 国立成育医療 センターにおけ
                                  る Cell Processing
                                       Center
National Research Institute
for Child and Health Development




                                   Tsuchiya            Mori



                 Takahashi
                                    Terai




                                           Matsumoto
                   Shibuya              Takeda
                                                 Nasu
National Center for Child Health and Development

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  • 4. The cell-seeded sheets were rolled up around a silicone rod,and cultivated them in vivo for 4 weeks at the subcutaneous tissue. Cylinder-shaped bone
  • 5. Bone knots bone of more complex shapes We can control bone shape completely
  • 6. Generation of phalanges by the PLGA hybrid sheet with marrow-derived mesenchymal cells. phalange-like bone Thumb of the graduate student
  • 7. In vitro and in vivo chondrogenesis 2W H E 4 W 8W Toluidine blue
  • 8. HE Toluidine blue 2W 4W 8W x 200 Implantation of Cell X in pelleted micromass culture into the nude mice
  • 9. (%) 100 E-MSC100 (%) 100 E-MSC214 80 E-GFP(+) Trop-I(+) 80 E-GFP(+) oxytocin Trop-I(+) 60 oxytocin 5-azaC 5-azaC oxytocin 60 5-azaC oxytocin 5-azaC non non 40 non non 40 20 Endometrium 20 0 Feeder (-) Feeder (+) 0 Feeder (-) Feeder (+) Primary culture Limiting dilution E-MSC100 DAPI a actinine Cx43 Merge E-MSC214 E-MSC100 p E-MSC214p DAPI a actinine Cx43 Merge
  • 10. 最近の U7 の誘導率の増加 movie QuickTime˛ Ç∆ DV/DVCPRO - NTSC êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ Ç™Ç±ÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇå©ÇÈÇΩÇflÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
  • 11. 0 A B C H 100 Pipette d 200 a 300 2sec 400 E-MSC100 1sec b c 0 100 200 300 400 500 600 D E F I 5% %FS site-a Pipette site-b site-c E-MSC214 2 sec 1 sec site-d time 1s J G 10 APD90 MDP AMP Rate Pacemaker(+) E-MSC100 E-MSC214 8 msec mV mV s n E-MSC100 326±12 -55±1 56±7 0.9±0.1 3/17 6 %FS E-MSC214 185 ±16 -48±3 56±3 2.4±0.2 16/22 4 n=9 n=10 Mean ± SE APD; action potential duration, 2 MDP; Maximum diastolic potential, AMP; amplitude 0 Mean ± SE
  • 12. 移植細胞の体内動態追跡システム ナノバイオトレースシステム 細胞治療において移植された細胞がどこに、どのように 存在しているかを知ることは治療評価において重要。 現在までに移植細胞の体外検出システムは存在しない。 【 目的 】 ドナー細胞およびレシピエントに影響を及ぼさない標識マーカ ーで細胞をラベリングし、体外画像機器にて検出するシステム を確立する。 マーカー;造影剤 画像機器; MRI
  • 13. Super Paramagnetic Iron Oxide (SPIO) 超常磁性体酸化鉄 Feridex 150~250nm Resovist 57nm T2 短縮効果強い 1mL 中にフェルカルボトラン 540mg (鉄 24.9mg ) 添加物: D- マンニトール、乳酸、水酸化ナトリウム
  • 14. SPIO Labeling Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Phagocytosis SPIO labeled cell or Pinocytosis SPIO 効果 ;  T2 短縮(信号低下) •正常肝細胞は鉄コロイド を貪食するので信号が低下 する •貪食能のない病変は信号 が低下しないので白く浮き 出て見える T2 強調 SPIO 造影  T2 強調
  • 15. Berlin Blue stain 10% FBS DMEM 0.1% Risovist
  • 16. SPIO incubation for 2 days TEM Risovist particles 1500x Pinocytotic vesicle
  • 17. 3 hours 2 weeks 4 weeks MRI T2W H-E BB
  • 18. 先天性代謝異常症 に対 する幹細胞治療法 の開発 リソソーム病とは ムコ多糖の分解酵素の欠損 グリコサミノグリカン分子(デルマタン硫 遺伝的要因によるリソソーム酵素活性の低下 酸・ヘパラン硫酸・ケラタン硫酸・コンドロ イチン硫酸・ヒアルロン酸)がリソソーム内 リソソーム内に分解されない分子が発生 に蓄積することにより、細胞・組織・器官の 機能異常が生じる。  これがリソソーム外に排泄されず進行的に蓄積する。 細胞機能が低下し、臨床症状を呈する。 特異顔貌、骨形成異常、聴覚・視覚・気道・ de Duve (1966) 心血管・関節可動域の異常、精神発達遅滞 リソソームの電子顕微鏡写真 神経幹細胞と骨髄間葉系幹細胞の GUSB 活性値の比較 U/mg protein äeéÌç◊ñEÇÃGUSBäàê´ î|ó{è„ê¥ÇÃGUSB äàê´ U/mg protein 840.3 1000 45 34.2 900 40 800 35 700 30 600 25 500 13.7 400 20 300 141.8 126.1 15 70.6 61.6 2.5 3.9 200 24.8 0.0 10 1.3 1.0 0.0 100 5 0 0 DEC Th1 H162 H123 3521 DEC Th1 UET13 ‰`ë—ååcontrol KUSA/A1 KUSA/A1 ê_åoä≤ç◊ñE ê_åoä≤ç◊ñE 福原康之 、奥山虎之 らによる
  • 19. Distribution of GUSB GUSB-positive cells activity in treated mouse brain in the brain 2 or 8 wk after Sakurai, Ohashi et al. transplantation Subventricl e Reduction of GAGs contents after transplantation T-CS HA 600 * * 100 ** ** ** Cortex 90 500 80 400 * 70 60 300 50 40 200 nmol/hr/mg nmol/hr/mg 30 100 20 10 0 0 MPS VII Normal Treated VII Normal Treated Treated VII MPS MPS VII MPS MPS VII MPS VII Normal TreatedNormal TreatedNormal TreatedNormal Olfactory Untreated Untreated Untreated MPS MPS VII MPS MPS VII MPS MPS VII VII VII VII 4wk 8wk 16wk Untreated Untreated Untreated bulb 4wk 8wk 16wk Bar equals 200 mm
  • 20. Improvement of cognitive function Acquisition (d0-d5) Target quadrant Mean non-target quadrants Probe test (d6) Untreate Treated Normal d MPS VII MPS VII
  • 21. 平成 15 年 平成 16 年 平成 17 年 細胞 の調整(骨髄由来細胞)・培養法 の開発 と改良 疾病モデルマウスの SCID 化 バリデーション(移植、 Chip 、核型、表面マーカー、分化形 質) 大動物(ブタ)による移植実験 ヒト細胞 に関 する CPC の設立      臨床 プロトコールの作製・倫理委員会審査 倫理委員会審査中 間葉系細胞による「皮膚創傷治癒」に対する臨床研究 国立成育医療 センターにおけ る Cell Processing Center
  • 22. National Research Institute for Child and Health Development Tsuchiya Mori Takahashi Terai Matsumoto Shibuya Takeda Nasu
  • 23. National Center for Child Health and Development

Editor's Notes

  1. 神経幹細胞を用いたムコ多糖症 VII 型マウスの中枢神経病変に対する細胞治療