先端的バイオ創薬等基盤技術開発事業 Science and Technology Platform Program for Advanced Biological Medicine

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採択課題

ゲノム編集iPS細胞による遊走性を利用した悪性神経膠腫に対する遺伝子細胞療法の研究開発

<研究開発代表者> 戸田 正博

慶應義塾大学医学部 脳神経外科

戸田 正博

 悪性神経膠腫(グリオーマ)は、予後不良で過去40年間治療成績の改善をほとんど認めない難治性の脳腫瘍です。現在の標準治療として、脱落症状を呈さない範囲での最大切除、Temozolomideによる化学療法、放射線治療による集学的治療を行いますが、それでも全生存期間は15か月程度となります。近年、分子標的薬(bevacizumab)や、免疫チェックポイント阻害剤も使用されましたが、有意な全生存期間の延長をもたらすことはできませんでした。難治性の背景として、高い造腫瘍能・浸潤能を有するグリオーマ幹細胞(Glioma stem cell: GSC)の存在が挙げられます。
 自殺遺伝子療法は抗癌剤のプロドラック投与により、腫瘍局所でbystander効果による選択的細胞死を誘導できるため、有望な治療法です。また、我々は、ヒトiPS細胞由来神経幹細胞(Neural stem cell: NSC)がGSCに対して著明な遊走性を示すことを見出しました。そこで、ヒトiPS細胞由来NSCを自殺遺伝子のcellular delivery vehicle(CDV)として利用し、bystander効果により浸潤腫瘍を広範囲に殺傷する革新的方法を考案しました。
 iPS細胞に組み込む最も有効な自殺遺伝子としてyCD-UPRT (yeast cytosine deaminase – uracil phosphoribosyl transferase)を同定し、CDVとしてiPS細胞由来NSCが脳内で優れた遊走能を示すことを明らかにしました。また、ウイルスベクターを用いたiPS細胞への遺伝子導入は不活性化が生じたため、ゲノム編集技術を用いて自殺遺伝子を組み込みました。その結果、開発した治療用NSCは、ヒトグリオーマモデルマウスに対して顕著な治療効果を発揮しました。
 本研究では、臨床応用に向けて、新たなゲノム編集技術を用いて自殺遺伝子挿入部位を最適化し、臨床グレードの治療用NSCを樹立します。開発したゲノム編集iPS細胞の全ゲノムシーケンス解析、遺伝子発現解析を行い、さらに分化誘導した治療用NSCの一般毒性試験、造腫瘍性試験を行います。また、ヒトGSCマウスモデルにおける有効性・安全性を検証し、グリオーマに対する新たな革新的な治療戦略を確立します。
 我々の治療用NSCは、「自殺遺伝子(yCD-UPRT)」・「ゲノム編集」・「高い遊走能」を組み合わせて樹立された新たなドラッグ・デリバリー・システムであり、様々な遺伝子細胞治療への応用可能なプラットフォーム研究計画です。

[Publication lists]
1. Tamura R, Miyoshi H, Morimoto Y, Oishi Y, Sampetrean O, Iwasawa C, Mine Y, Saya H, Yoshida K, Okano H, Toda M. Gene Therapy Using Neural Stem/Progenitor Cells Derived from Human Induced Pluripotent Stem Cells: Visualization of Migration and Bystander Killing Effect. Hum Gene Ther. 2020.19.
2.Tamura R, Miyoshi H, Sampetrean O, Shinozaki M, Morimoto Y, Iwasawa C, Fukaya R, Mine Y, Masuda H, Maruyama T, Narita M, Saya H, Yoshida K, Okano H, Toda M. Visualization of spatiotemporal dynamics of human glioma stem cell invasion. Mol Brain. 2019;12:45.
3. Iwasawa C, Tamura R, Sugiura Y, Suzuki S, Kuzumaki N, Narita M, Suematsu M, Nakamura M, Yoshida K, Toda M, Okano H, Miyoshi H. Increased Cytotoxicity of Herpes Simplex Virus Thymidine Kinase Expression in Human Induced Pluripotent Stem Cells. Int J Mol Sci. 2019;20: pii: E810.
4. Tamura R, Miyoshi H, Yoshida K, Okano H and Toda M. Recent progress in the research of suicide gene therapy for malignant glioma. Neurosurgical Review. 2019;28.
5. Tamura R, Toda M. Stem cell-based therapies for neurological disorders. AIMS Cell and Tissue Engineering.2018;2:24-47
6. Tamura R, Toda M. Stem cell research for treatment of malignant glioma. Brain Tumor, InTech, Croatia 2017;9:213-226

図1 図1: 研究グループ
本研究は、脳神経外科学 戸田正博、田村亮太、および生理学教室 岡野栄之、三好浩之(右)により、多くの課題を克服してきました。不運にも三好浩之先生はご逝去されましたが、本研究に多大なる貢献をなされたことを、心から深く感謝しています。
図2 図2: 若手研究者
日々議論を重ねる若手研究者達。課題を提起し合い、研究プロジェクトを前進させていきます。
図3 図3: リサーチパーク
本研究は、iPS細胞の作製・培養や遺伝子導入に関して、長年の研究実績を有する生理学教室と、モデル動物作製、細胞移植、機能評価に習熟し、多岐にわたる機能評価設備を保有する脳神経外科学の技術を融合した研究です。日々、若手研究者同士が活発な意見交換をしながら、このリサーチパークで研究を行っています。
図4. 治療戦略図
グリオーマ細胞に高い遊走能を持つiPS細胞由来NSCを自殺遺伝子産物のcellular delivery vehicleとして用い、bystander効果により、浸潤性の腫瘍細胞を細胞死へ誘導する治療戦略です。自殺遺伝子が導入された移植するNSC自身も死滅するため、安全性も兼ね備えた治療法です。
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