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【日本iPS细胞研究报告(廿六)】横滨市大篇:肝芽移植临床申请

2019年04月08日 生物医药

横滨市立大学大学院医学研究科脏器再生医学教授谷口英树,2014年在接受美国贝克曼库尔特公司(Beckman Coulter, Inc.)采访时表示,争取在2019年让肝芽移植进入临床研究阶段[1]。五年后,谷口教授践行了他的承诺。2月23日,横滨市大的研究团队明确表示,将在今年夏天向负责审查再生医疗的庆应义塾大学专家委员会提交“向重症肝病婴儿移植iPS细胞由来肝芽”的临床研究计划(图1)[2]。

日本iPS细胞研究报告(廿六) 横滨市大篇:肝芽移植临床申请

图1 iPS细胞由来肝芽移植临床研究

2013年,谷口教授和时年26岁的得意门生武部贵则(现为“日本最年轻的教授”)一道建立了模拟胎儿脏器形成过程的技术:利用iPS细胞(人工诱导多功能干细胞)分化出肝脏各类组织细胞,体外混合培养后长成直径5毫米的肝芽(迷你肝)(图2),然后移植到肝功能衰竭的模式小鼠体内后成功大幅提高了小鼠的生存率(《Nature》,2013)[3]。当年谷口教授提到,“希望能在10内将再生肝脏推向临床应用,这对救治重症肝炎的新生儿尤为重要”。

日本iPS细胞研究报告(廿六) 横滨市大篇:肝芽移植临床申请

图2 iPS细胞生成的直径3毫米的肝芽 (图片:横滨市大)

谷口教授外科医生出身,亲手执刀了无数肝脏移植手术。肝脏是人体内最大的内脏器官,本身具有极强的再生能力,即使割掉九成仅剩一成也能自行恢复到原来大小。亲眼目睹肝脏强大的再生力和患者惊人的自愈力,让谷口教授萌发了通过iPS细胞制成肝芽,然后移植到患者体内自我复原的想法。

利用iPS细胞制备像肝脏等大型脏器的难度非常大。当时由iPS细胞生成内脏器官组织细胞已有多例报道,但总体存在分化效率低、重现性差、移植到小鼠体内后着床存活率低等问题。谷口教授研究团队的立题终点是制备可用于移植的肝芽,所以从一开始就计划模拟人体肝脏制作具有各类组织细胞的集合体,而非肝细胞一类。该团队先用iPS细胞分化制备了肝祖细胞、血管内皮细胞和间充质细胞,然后将3类细胞混合培养成具有正常肝脏机能的功能性肝芽(图3)。而且和以往直接将iPS细胞诱导分化相比,通过肝芽形式诱导分化成肝细胞效率也大幅提到。

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图3 iPS细胞诱导成3类肝芽组成细胞 (图片:横滨市大)

而且,将肝芽移植到免疫缺陷小鼠的脑脊髓后,第二天即可观察到血管联通和血液流动的现象(图4)。这个速度也着实让谷口教授一惊,因为根据临床经验,人体肝脏移植手术后到血液贯通一般需要十天的时间。

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图4 iPS细胞生成肝芽 (图片:横滨市大)

使用iPS细胞进行临床试验的移植细胞数,庆应大学的脊髓损伤研究约为200万个,大阪大学进行心脏衰竭治疗约为1亿个,本次临床申请则为数亿个细胞。大数量分化细胞的制备及移植后的应激反应等,都具有一定的挑战。

用于临床研究的肝芽的制备必须符合GMP生产标准(Good Manufacturing Practice),同时要满足规模化和安全性两方面要求。为了解决规模化制备的问题,2017年,研究团队通过产学研连携体制与Helios Corp、可乐丽(Kuraray Co.)、味之素、尼康等公司展开合作,最终实现了亿级数量肝细胞的一次性制备工艺平台的搭建(《Cell Reports》,2017)(图5)。

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图5 规模化肝芽制备平台(图片:横滨市大)

从细胞安全性以及后续产业化角度出发,本研究团队最终选用了京都大学iPS細胞研究所(CiRA)iPS细胞库的标准细胞株。本次提交的临床试验申请若能顺利通过审议,预计2020年即可实施移植手术。

供稿 宋傑 东京大学博士
编辑修改 JST客观日本编辑部

相关链接:
1. 《Nature》日本版2014.7.3
2. 朝日新闻关于肝芽移植临床研究报道
3. 【日本iPS细胞研究报告(三)】横滨市立大学篇:用iPS细胞培育肝肠肾肺心等脏器

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