Wake Forest Baptist Medical Centerの再生医療研究チームは、研究室内で人工腎臓をつくり出す研究で大きな難関を一つ乗り越えた。研究チームは、ヒトの腎臓とほぼ同じ大きさのブタの腎臓を実験に用い、新しい臓器の血管に長時間にわたって血液を流し続けることに成功、この分野の研究に新地平を切り開いた。
この研究論文は2014年9月3日付TECHNOLOGYオンライン版に掲載されている。
Wake Forest Institute for Regenerative MedicineのDirector兼Professorで、この論文の首席著者を務めるAnthony Atala, M.D.は、｢これまで研究室レベルで作られた腎臓というとラットの腎臓サイズまでで、しかも移植直後から血液凝固が進むため、わずか1時間か2時間しか機能しなかった。私たちの概念実証 (proof-of-concept) 研究では、人間のとほぼ同じ大きさのブタの腎臓の血管を4時間の実験時間中常に開いたままにしておくことができた。
現在はいつまで血流を維持できるかを計る長時間試験に入った｣と述べている。この研究が成功すれば、血管内壁に (内皮) 細胞を付着させるのにこれまでより効果的な新しいコーティング方法を用いて長期間スムーズな血流を維持できるようになり、今も多くの科学者が研究を続けている肝臓や膵臓その他の複雑な臓器にも適用できる可能性がある。
現在進められている研究は長期的なプロジェクトの一部で、腎臓病末期患者の代替腎臓を作る土台になる｢scaffold｣と呼ばれる支持構造を作るためにブタの腎臓を使っている。
研究者はまず臓器から動物細胞をすべて取り除き、｢skeleton｣と呼ばれる臓器構造だけを残す。その後、患者の細胞を｢scaffold｣の中に植え込む。こうしてできた臓器を患者に移植しても理論的に患者はこの臓器に拒絶反応を示さない。細胞だけを取り除く加工により血管網がそのまま残され、新しいつくられた臓器に酸素を供給することができるはずである。
しかし、腎臓のscaffoldに細胞を再配置させる研究を続けている研究者は、血管内壁のコーティングで行き詰まっていた。移植から何時間もしないうちにひどい血液凝固が始まるのである。
Wake Forest Baptistの研究者はこの問題の対策として両面的な方法を採用した。まず、腎臓scaffoldの主血管に新しい細胞を植え付ける方法を4種類試した。その結果、まず注射器で細胞を注入し、次にしばらくの間、血管に細胞をポンプで送り込み、次第に流量を増やしていくという方法がもっとも効果的だと判明した。
次に研究チームは、scaffoldの血管内壁を抗体でコーティングした。
この抗体は粘着性を持たせ、内皮細胞を結合させるようにつくられている。ラボでの調べでも画像による調べでも、またラボでの血流試験でも、血管内壁の細胞コーティングは、腎臓scaffold全体にわたって血流を支えるのに十分であることが裏付けられた。両面からのアプローチの最終段階は、このscaffoldを90ポンド (40.5kg) から110ポンド (49.5kg) のブタに移植することだった。
その結果、4時間にわたる試験時間の最後まで血管は開いていた。この研究論文の筆頭著者で、Wake Forest Baptistのregenerative medicineのinstructorを務めるKap Ko, Ph.D.は、｢抗体コーティングと細胞の種植え付けを組み合わせた私たちの手法で細胞の血管壁への付着が改善された結果、血液を通した時に細胞がはがれ落ちることがなくなった｣と述べている。ただし、研究チームは、｢内皮細胞を血管壁に付着させることで血液凝固が防げると結論づけるにはまだまだ長期的な試験が必要だ｣と述べている。
もしこの新しい手法が長期的に成功すれば、移植腎臓をラボでつくることができる日が一歩近づいたことになる。Dr. Koは、｢この研究の成果から、完全に機能し、腎臓その他の人工臓器に栄養と酸素を供給できる循環系を作ることも可能だ｣と述べている。
人間の患者に移植する臓器としてブタの腎臓をscaffoldとして用いることにはいくつかの利点がある。その一つとして、臓器の大きさが近いこと、また、細胞を取り除いたブタの心臓弁は過去30年以上にわたって人間の患者の臓器移植として問題なく用いられてきた。
この研究は、U.S. Army Medical Research and Materiel CommandのTelemedicine and Advanced Technology Research Centerが一部を援助した。
この研究チームの共同研究者は、Wake Forest BaptistのMehran Abolbashari, M.D.、Jennifer Huling, B.S.、Cheil Kim, M.D., Ph.D.、Sayed-Hadi Mirmalek-Sani, Ph.D.、Mahmoudreza Moradi, M.D.、Giuseppe Orlando, M.D.、John D. Jackson, Ph.D.、Tamer Aboushwareb, M.D.、Shay Soker, Ph.D.、Anthony Atala, M.D.ら。
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