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1. ES cells, 2. Fetal cells, and 3. Adult stem cells.
3. Umezawa, A., et al.. Mol. Cell. Biol. 11: 920-927, 1991
Marrow stroma serves a microenvironment or niche
for hematopoietic cells
6. PLGA sheets
CollagenCollagen
microspongemicrosponge
overlay the interstices ofoverlay the interstices of
the fabricated web-likethe fabricated web-like
Generation of bone tissue of desired sizes and shapes
Sheet-style biodegradable polymer,
PLGA (200 um thick) as a scaffold
Hybridization of the PLGA
with collagen microsponge
7. 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
9. Generation of phalanges by the PLGA hybrid sheet
with marrow-derived mesenchymal cells.
phalange-like bone
Thumb of
the graduate student
16. The transdifferentiation was enhanced
by Noggin, an inhibitor of BMPs.
MAP
2
Isolated mature osteoblasts have strong in vivo osteogenic activity,
and could efficiently convert into functional neurons.
17. The stroma-derived neurons started to respond to depolarizing stimu
and neurotransmitter, glutamate, like functional mature neurons.
Differentiation (Special issue on stem cells) 68: 235-244, 2001
QuickTime˛ Ç∆
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ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇå©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
18. Mesenchymal Cell Lines
Summary of Lineage Analysis
KUSA/A KUSA/O CMG 9-15c(MSCs) KUM4 KUM5 KUM5A11E1 KUM9 NRG OP9
Endothelial Cells Flk-1 - - - - - - - - -
CD31 - - - - - - - - - -
CD144 - + - + - - - - -
Hematopoietic Cells CD34 - ++ - ++ ++ - - ++ ++ -
c-kit - - - + - - - - - -
Sca-1 +++ ++ +++ +++ +++ + + +++ +++ ++
Mesenchymal Cells CD140 ++ ++ + + ++ ++ ++ ++ +
CD14 - - + - - - - - -
CD29 + ++ ++ ++ + + + + + -
CD41 - - N.D. + - - - - -
CD44 +++ +++ +++ +++ ++ ++ ++ +++ +++ -
CD45 - - - - - - + - -
CD49b - - + - - - + - -
CD49d - - - - - - + - -
CD54 - - + - - - + - -
CD90 - - - - - - + - -
CD102 - - - - - - + - -
CD105 - - - - ++ ++ + - - -
CD106 - ++ + - + ++ ++ ++ - +
Ly-6c ++ + ++ ++ ++ - ++ + ++ +
Ly-6g - - - - - - + - - -
19. Human Marrow Stromal Cells
reach senescence after a limited number of cell division
H4-1H4-1
H4-1H4-1
慶應義塾大学医学部慶應義塾大学医学部
血液内科血液内科
木崎 昌弘 木崎 昌弘
福地 由美 福地 由美
H4-1, senescenceH4-1, senescence
20. Prolongation of the life span of human marrow stromal cell
by transferring Bmi-1, E6, E7, and TERT
The cells with the extended life span retained the multipotency
into osteocytes, chondrocytes, adipocytes, and myocytes in vitro.
23. 1 week 3 weeks
Recording of action potentials
from spontaneously beating cells
Alexa568
Human marrow stromal cells
with the extended life span
can differentiate into cardiomyocytes
Disorganized
Regular and
stabilized
Recording
microelectrode
25. EPC-100, EPC-214
Gene transfer
Primary culture
EPCs
Limiting dilution
hTERT
E6 (HPV16)
E7 (HPV16)
EPC-100 EPC-214
18S(200bp)
E6(397bp)
E7(178bp)
TERT(144bp)
EPC-100 EPC214
HumanHearthEPC100(RT-)hEPC214(RT-)
hEPC100
hEPC214
DW
29. EPC から した記録 活動電位
Pipette
Pipette
EPC-100EPC-214
1sec
50mV
2 sec
50mV
APD90 MDP AMP Rate Pacemaker(+)
msec mV mV s n
EPC-100 326±12 -55±1 56±7 0.9±0.1 3/17
EPC-214 185 ±16 -48±3 56±3 2.4±0.2 16/22
APD; action potential duration, MDP; Maximum diastolic potential, AMP; amplitude
2sec
50mV
1 sec
50mV
Pacemaker potential(+) Pacemaker potential(-)
Pacemaker potential(+) Pacemaker potential(-)
Mean ± SE
EPC-100 は同期が強く、活動電位も regular で静止膜電位も深い
EPC-214 は同期は弱く、活動電位は培養経過中 (3W) は、歩調取り電位を有した洞結節型細胞
30. EPC-100 (2W) Patch clamp Fast Na current was observed in 1/10 cell
EPC-214 (2W) Patch clamp Fast Na current was observed in 1/5 cell
EPC
pipette
Patch clamp from post-FACS EPCs
GFP を陽性細胞 FACS にて 、その から抽出 細胞 patch clamp を った行
32. Feeder (+) (-) (+) (-) (+) (-) (+) (-) (+) (-) (+) (-)
Non 5Az Oxytocin Non 5-Az Oxytocin
EPC-100 EPC-214
Inductionratio
100
50
40
30
20
10
0
(%)
32%
20%19%
3.5% 4.2% 4.6%
44%
27%
15%
21%
19%
31%
Venus/Hoechist での induction ratio
40. 0 0.5 1 2 10
FCS(%)
0
20
40
60
80
100
120
P
PL
PLV
MSCGM(10%FCS)
UEET-12 無血清培養
改良培地は無血清下でも血清含有培地と同等の増殖性を有する
42. 0 5 10 15 20 25
培養日数
1
10
100
1000
10000
100000
#2/X
#2/10%DMEM
#4/X
#4/10%DMEM
#5/X
#5/10%DMEM
ヒト の骨髄由来間葉系幹細胞 初代培養
43. p16 INK 4 a /p 14ARF 遺伝子領域
p16 INK 4 a
Cdk4/6
サイクリン
D
Rb
E2F
p14 ARF
MDM2(HDM2)
p 53
p 21
Cdk2
サイクリン E
細胞増殖
リン酸化 Rb
E2F
46. p16INK4a
β tubulin‐
X + FCS -IT
+FCS
-IT -PDGF
- b FGF
-EOP -Sel -P,b
+FCS
-P,b MSC
p16 誘導の主要要因は PDGF, b FGF である。
50. M
SC
aFG
F
bFG
F
EG
F
VEG
FPDG
FPDG
F+aFG
F
PDG
F+bFG
F
PDG
F+EG
F
PDG
F+VEG
F
aFG
F+bFG
F
aFG
F+EG
F
aFG
F+VEG
F
bFG
F+EG
F
bFG
F+VEG
F
EG
F+VEG
F
H
eLa
p16p16
βtubulinβtubulin
H4-3
Normalized Flags Raw Common Description
1.0818335 P 2172.2 egfr epidermal growth factor receptor (erythroblastic leukemia viral (v-erb-b) oncogene homolog, avian)
1.1522822 P 657.3 egfr epidermal growth factor receptor (erythroblastic leukemia viral (v-erb-b) oncogene homolog, avian)
0.6146532 A 337.2 egfr epidermal growth factor receptor (erythroblastic leukemia viral (v-erb-b) oncogene homolog, avian)
0.8937527 A 17.8 egfr epidermal growth factor receptor (erythroblastic leukemia viral (v-erb-b) oncogene homolog, avian)
1.0583736 A 167.9 egfr epidermal growth factor receptor (erythroblastic leukemia viral (v-erb-b) oncogene homolog, avian)
0.8768445 A 358.1 egfr ErbB1-S; Human epidermal growth factor receptor precursor (EGFR) mRNA, complete cds.
1.0504522 A 10.4 fgfr2 fibroblast growth factor receptor 2 (bacteria-expressed kinase, keratinocyte growth factor receptor, craniofacial dysostosis 1, Crouzon syndrome, Pfeiffer syndrome, Jac
0.7824624 A 21.5 fgfr2 fibroblast growth factor receptor 2 (bacteria-expressed kinase, keratinocyte growth factor receptor, craniofacial dysostosis 1, Crouzon syndrome, Pfeiffer syndrome, Jac
0.417403 A 9.8 fgfr3 fibroblast growth factor receptor 3 (achondroplasia, thanatophoric dwarfism)
0.54518497 A 27.2 fgfr3 fibroblast growth factor receptor 3 (achondroplasia, thanatophoric dwarfism)
1 A 38.3 fgfr4 fibroblast growth factor receptor 4
1.2821407 A 125.7 fgfr1 fibroblast growth factor receptor 1 (fms-related tyrosine kinase 2, Pfeiffer syndrome)
1 P 652.2 fgfr1 fibroblast growth factor receptor 1 (fms-related tyrosine kinase 2, Pfeiffer syndrome)
1.4052641 A 14.3 fgfr2 fibroblast growth factor receptor 2 (bacteria-expressed kinase, keratinocyte growth factor receptor, craniofacial dysostosis 1, Crouzon syndrome, Pfeiffer syndrome, Jac
0.75333506 A 59.2 fgfr2 fibroblast growth factor receptor 2 (bacteria-expressed kinase, keratinocyte growth factor receptor, craniofacial dysostosis 1, Crouzon syndrome, Pfeiffer syndrome, Jac
1.3886433 P 124.5 fgfr2 fibroblast growth factor receptor 2 (bacteria-expressed kinase, keratinocyte growth factor receptor, craniofacial dysostosis 1, Crouzon syndrome, Pfeiffer syndrome, Jac
1.1120172 A 13.6 fgfr2 fibroblast growth factor receptor 2 (bacteria-expressed kinase, keratinocyte growth factor receptor, craniofacial dysostosis 1, Crouzon syndrome, Pfeiffer syndrome, Jac
1.0663294 P 2619.3 fgfr1 fibroblast growth factor receptor 1 (fms-related tyrosine kinase 2, Pfeiffer syndrome)
1 A 11.1 fgfr4 fibroblast growth factor receptor 4
1.1922568 A 46.9 fgfr2 fibroblast growth factor receptor 2 (bacteria-expressed kinase, keratinocyte growth factor receptor, craniofacial dysostosis 1, Crouzon syndrome, Pfeiffer syndrome, Jac
3.1074321 A 73.5 fgfr2 fibroblast growth factor receptor 2 (bacteria-expressed kinase, keratinocyte growth factor receptor, craniofacial dysostosis 1, Crouzon syndrome, Pfeiffer syndrome, Jac
1 A 67.3 fgfr2 fibroblast growth factor receptor 2 (bacteria-expressed kinase, keratinocyte growth factor receptor, craniofacial dysostosis 1, Crouzon syndrome, Pfeiffer syndrome, Jac
1 A 8.2 fgfr2 fibroblast growth factor receptor 2 (bacteria-expressed kinase, keratinocyte growth factor receptor, craniofacial dysostosis 1, Crouzon syndrome, Pfeiffer syndrome, Jac
1.3065747 P 3125.7 fgfr1 fibroblast growth factor receptor 1 (fms-related tyrosine kinase 2, Pfeiffer syndrome)
3.3271298 P 4049.1 pdgfrb platelet-derived growth factor receptor, beta polypeptide
1.0704594 P 4990.3 pdgfra platelet-derived growth factor receptor, alpha polypeptide
1.0662563 P 366.9 pdgfrl platelet-derived growth factor receptor-like
0.8164289 A 6.2 pdgfra platelet-derived growth factor receptor, alpha polypeptide
2.3044996 A 403.1 pdgfra platelet-derived growth factor receptor, alpha polypeptide
0.6091959 A 19.5 flt4 fms-related tyrosine kinase 4
1.7572612 A 61.6 kdr kinase insert domain receptor (a type III receptor tyrosine kinase)
aFGF-R ○
bFGF-R ○
EGF-R ◎
VEGF-R ×
PDGF-R ◎
受容体の有無
p16 発現は増殖因子の
種類による。
53. 時間
分裂回数
MSC : MSCGM ?
毛乳頭細胞: 10%FCS-DMEM
表皮角化細胞: 3T3 フィーダー培
養
乳腺上皮細胞: 3T3 フィーダー培
養
MSC :培地 X ?
毛乳頭細胞:低血清培地
表皮角化細胞:無血清培地
乳腺上皮細胞:無血清培地
血清培地
増殖因子
58. Super Paramagnetic Iron Oxide (SPIO)
Feridex 150~250nm Resovist 57nm
T2 短縮効果強い
超常磁性体酸化鉄
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
59. SPIO 効果 ; T2 短縮(信号低下)
T2 強調 SPIO 造影 T2 強調
•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
Labeling
Fe
Fe
Fe
Fe
Fe Fe
Fe Fe
Fe
Fe
Fe Fe
Fe
Fe
Fe
Fe
FeFe
Fe Fe
Fe
Fe
Fe
Fe
Fe
Phagocytosis
or
Pinocytosis
SPIO labeled cell
SPIO
60. で な国内 使用可能 SPIO リゾビストを い、用
ヒト への 、および に骨髄間質細胞 導入 生体内
おける の長期間 観察を えるか行 ?
63. Ex vivo Relaxometry
MR spectrometer
Minispec NMS-120 (Bruker Japan)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
control
Risovist
Control
Risovist
Control
Risovist
cells/mL
1.44x106
2.88x106
5.75x106
1.15x107
2.3x107
T2 weightT2 value
64. In vivo MRI analysis
5x106
cells labeled with Risovist
Suspend into 50µL medium
Injection into the leg muscle
MRI analysis at various time points
70. Transduction of human GUSB gene
into BMS cells with a retroviral
vector
MND Human GUSB LTRSV40 Neo
GUSB activity
5.9×10
(nmol/hr/mg)
1.9×106
GUSB
staining
KUSA/A1
(before)
KUSA/HBG
(after)
äeéÌç◊ñEÇÃGUSBäàê´
840.3
141.8
70.6
24.8
61.6
126.1
0.0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
ê_åoä≤ç◊ñE
DEC Th1
KUSA/A1
H162 H123 3521
U/mg protein î|ó{è„ê¥ÇÃGUSB äàê´
34.2
1.3 2.5
13.7
1.0
3.9
0.0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
ê_åoä≤ç◊ñE
DEC Th1
UET13
KUSA/A1
‰`ë—ååcontrol
U/mg protein神経幹細胞と
骨髄間葉系幹細胞の
GUSB 活性値の比較
、 らによる福原康之 奥山虎之
71. Histochemical detection of GUSB-
positive cells in treated mouse brain
Bar equals 200 mm
Cortex
Subventricl
e
Olfactory
Distribution of GUSB activity
in the brain 2 or 8 wk after
transplantation
72. Reduction of GAGs contents after
transplantation
T-CS
0
100
200
300
400
500
600
Untreated
MPS VIITreatedMPS VIINormal
Untreated
MPS VIITreatedMPS VIINormal
Untreated
MPS VIITreatedMPS VIINormal
4wk 8wk 16wk
nmol/hr/mg
HA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
UntreatedMPS VII
TreatedMPS VIINormal
UntreatedMPS VII
TreatedMPS VIINormal
UntreatedMPS VII
TreatedMPS VIINormal
4wk 8wk 16wk
nmol/hr/mg
*
* * **** **
73. Improvement of cognitive function
Acquisition (d0-d5)
Probe test
(d6)
NormalTreated
MPS VII
Untreate
d MPS VII
Target quadrant
Mean non-target
quadrants
74. 先天性代謝異常疾患に対する造血幹細胞移植の実施状況
梅沢班・辻 班・日本小児血液学会合同調査
梅沢明弘、辻 省次、加藤剛二、
加藤俊一、麦島秀雄、土田昌宏
移植実施調査期間
1985 ~ 2002 年
初回移植症例数
123 例
再移植
15 回、 3 回目の移植 1
回
実施施設
35 施設
疾患
ムコ多糖症: 63 ( I:9, IS:3,
II:39, III:2, IV:4, VI:4, VII:2)
副腎白質ジストロフィー: 35
I-cell 病: 6
異染性ロイコジストロフィ: 5
Gaucher 病: 4
GM1 gangliosidosis : 4
その他: 6 ( Krabbe, Galactosialidosis, Alfa-
Mannosidosis, Nieman-Pick, Pompe,
Multiple sulfatase def.)
性別 男性: 100, 女性: 23
初回移植時年齢
0 歳: 5 , 1 歳: 9 , 1 歳: 19 , 3 歳:
10 、 4 歳: 16 , 5 歳: 10, 6 歳: 11 ,
7 歳: 12 、 8 歳: 7 , 9 歳: 6 , 10 歳
以上: 18
76. 平成 15 年 平成 16 年 平成 17 年
の の と細胞 調整(骨髄由来細胞)・培養法 開発 改良
バリデーション(移植、 Chip 、核型、表面マーカー、分化形
質)
倫理委員会審査中
疾病モデルマウスの SCID 化
間葉系細胞による「皮膚創傷治癒」に対する臨床研究
大動物(ブタ)による移植実験
ヒト に する細胞 関 CPC の設立 プロトコールの臨床 作製・倫理委員会審査
センターにおけ国立成育医療
る Cell Processing
Center
Editor's Notes 先週の西山先生の人骨髄間葉系細胞の心筋分化という研究で発表されたのと同様で、人の細胞を心筋に分化する際、問題になるのは、人の細胞は幹細胞と言えども分裂回数には限りがありまして、その回数を超えると、細胞自体が死んでしまいます。ですから、採取できる細胞数が少なすぎて、それを直接心臓移植して心機能を改善できるほどの量を確保するのは困難と考えられてきました。 私どもの行っている方法は、それに対して不死化という今では比較的一般的な手法を用いることによって、間葉系幹細胞の細胞分裂回数を無限大にまで引き上げることが出来ます。
簡単はシェーマを示します。先ず52才の女性の子宮内膜を剥離して取り出します。 その細胞を単離して培養し、limiting dilutionと言う手法を用いて、増殖能力のある幹細胞を採取してきます。その細胞をEPCと名付けました。その細胞をsub cloningして、300近い細胞株を採取した中から、表現系が比較的心筋に近い2種類の細胞を選択、その細胞を先週西山先生が発表したような手法でhBmi-1やTeromerase、E7を遺伝子導入することによって不死化し、その二つの細胞をEPC-100と214と名付けました。
その細胞から取られた代表的な活動電位の波形をお示しします。
左側がEPC214で右側がEPC100の記録です。
私たちの実験では、EPCはFeederの心筋細胞の上に存在しておりますので、ガラス微小電極を刺入する際に強く入れすぎますと、EPCを串刺しにして下のFeeder側の細胞の活動電位を記録してしまう可能性があります。 それを回避する目的で実験中記録電極内にAlexa-568と言う赤色に染まる蛍光色素を封入して電位記録しております。つまり電位記録をしている細胞がその色素によって赤色に染まるために、GFP蛍光を発している細胞の形態と、Alexaによって赤色に染まる細胞の形態が一致すれば、GFP蛍光を発している細胞から電位記録を取っていることの証明になると考えたからです。
一見して、左側は静止膜電位は-45mV程度と浅く、心筋に特徴的な歩調取り電位を有しています。 活動電位の幅は比較的狭いですが、幅はそれでも150msec程度は存在していて、明らかに神経や骨格筋の活動電位とは異なっています。一見すると洞結節の細胞のような活動電位を呈しています。 一方、EPC-100の方は静止膜電位は-60mV程度と深く、活動電位のプラトーも明瞭です。歩調取電位はみられず、活動電位の形態はどちらかと言うと固有心房筋に見られるような、なだらかな再分極をしています。
上の蛍光顕微鏡の写真は、それぞれの電位を記録した際の細胞形態を示しますが、いずれも電極内から注入した赤色のDyeがGFP陽性の細胞形態に一致して染色されていることが確認できます。
子宮内膜から採取した幹細胞からの心筋分化です。
左がEPC214細胞で、幹細胞の状態で心筋の先祖遺伝子Nkx2.5を発現しています。しかし誘導後、細胞のコロニー同士での電気的結合は3週間しても遅く、3週後にもまだ自動能を持った細胞が存在しています。Beating rateも不安定です。一方EPC-100と言う細胞株は、Nkxは誘導するまで発現してこないようですが、Dish全体が同期して収縮していて、驚くべき事に活動電位の形は、固有心房筋の様な形をしていて、かなり分化が早いことを思わせます。
<肥田さんへ>
今まで、U7で、非特異的な外向き電流をみたことはありますが、内向き電流を記録出来たのはこれが初めてです。内向き電流があると言うことはこの細胞が活動電位を持っている細胞であって(Excitable membrane)、しかもNaがあると言うことは静止膜電位がかなり深い、成熟した細胞であることを意味します(心筋・骨格筋・神経にあります)。大きい電流なので見落とすこともなく、そのためこれがなければ、心筋ではないと思います。
内向き電流とは、細胞の内側に流れ込む電流のことで、通常膜電位が脱分極すると活性化を起こします。ですから内向き電流があれば、その電流が流れることによってさらに膜電位が脱分極し、自分自身の自己再生的な活性化を促します。活動電位のActivationに関わる重要な電流です。
R/O cell fusion60x
これが二つかな。EPC-100とEPC-214
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
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