強定常磁場によるヒト造血幹細胞の分化制御

弘前大学大学院保健学研究科・医療生命科学領域

教授・柏倉 幾郎教授・宮越 順二

助教・高橋 賢次、櫻井 智徳、門前 暁

2008 弘前大学新技術説明会（12.12.2008）

MultipotentStem Cell

Common Lymphoid Progenitors

(CLP)

ProPro--T cellT cell

ProPro--B cellB cell

CFUCFU--MastMastCFUCFU--BaBa

CFUCFU--EoEo

CFUCFU--GMGM

CFUCFU--MegMeg

BFUBFU--EE

PrePre--NK cellNK cell

PrePre--T cellT cell

PrePre--B cellB cell

AutoreproductionAutoreproduction

HematopoieticHematopoietic Stem CellStem Cell

MesentoblastMesentoblast

Common MyeloidProgenitors

(CMP)Meg/Erythroid

Progenitors(MEP) ErythrocyteErythrocyte

PlateletPlatelet

GranulocyteGranulocyteMacrophageMacrophage

LymphocyteLymphocyte

造血幹細胞の自己複製と分化造血幹細胞の自己複製と分化

本研究の目的本研究の目的

•

強力なSMFに対する、造血幹細胞から分化した造血前駆細胞の分化・増殖能及び、遺伝子発現への影響を評価した。

CFU-GM 白血球系前駆細胞

BFU-E 赤芽球系前駆細胞

CFU-Meg 巨核球系前駆細胞

CFU-Mix 混合系前駆細胞

定常磁場(static magnetic field: SMF)は、 核磁気共鳴装置(MRI)などの医療応用を含め様々な分野で広く利用されている．

医療分野では高解像度撮影のためMRIの強磁場化が進んでいる．

放射線に高感受性細胞である造血幹細胞の強定常磁場下における影響についての評価は明確でない

強定常磁場発生装置強定常磁場発生装置

磁場密度勾配

Sham control

Static magnetic field (SMF)

●

●5-tesla (T)

10-T

Light-densitycells

CBCD34+ cells

400 g，30 minFicoll-Paque®

Human CB Magnetic cell

sorting

CBCD34+ cells

MACS ®

Exposure at 5-T or 10-T SMF

※ Magnetic beads free

Fe

Total RNAs extraction & cDNA synthesis(cDNA microarray or Real-time RT-PCR)

CFUCFU--Meg Meg (TPO, IL-3, SCF)CFUCFU--GMGM, , BFUBFU--EE, , CFUCFU--MixMix(IL-3, SCF, EPO, G-CSF, GM-CSF)

Progenitor cells analysisProgenitor cells analysis

実 験 方 法実 験 方 法

Exposure to strong SMF

Purification of CB CD34+ cells

Gene expression analysisGene expression analysis

Total CFC

CFUCFU--GMGM

BFUBFU--EECFUCFU--MixMix

Total CFC

Total CFC

CFUCFU--Meg

Meg

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Rat

io to

the

sham

con

trol

4 hrs

Total CFCTotal CFC

CFUCFU--GMGM

BFUBFU--EECFUCFU--MixMix

Total CFC

Total CFC

CFUCFU--Meg

Meg

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

*

16 hrs

実 験 結 果実 験 結 果

5T 10T

*

Sham control(16 hrs)

10-T SMF(16 hrs)

実 験 結 果実 験 結 果

Control

実 験 結 果実 験 結 果

Classification Upward RegulationDecline

regulation Total gene

Signal transduction 53 79 324

Transcription 67 50 294

Biological process unknown 22 40 152

Ion transport 11 27 94

Cell-cell signaling 18 17 90

Cell cycle 14 18 74

Cell differentiation 13 16 72

Electron transport 14 13 68

Biological process

実 験 結 果実 験 結 果

Molecular function

Classification UpwardregulationDecline

regulation Total gene

Nucleotide binding 65 84 364

Receptor activity 45 79 316

Transcription factor activity 46 56 233

Calcium ion binding 22 64 225

Molecular function unknown 30 35 164

Nucleic acid binding 28 19 127

Protein serine/threonine kinase activity 18 25 117

RNA binding 15 17 83

実 験 結 果実 験 結 果

Cellular component

Classification Upward regulationDecline

regulation Total gene

nucleus 170 153 792

membrane 84 137 537

integral to plasma membrane 51 81 329

Cytoplasm 53 43 240

Plasma membrane 22 41 151

Cellular component unknown 28 32 151

Extracellular space 19 27 151

membrane fraction 22 34 134

Hematopoietic transcription factor Cell cycle gene

Gene expression ratio to the sham control

実 験 結 果実 験 結 果

TELTELTAL1

RUNX1RUNX1PU.1

PAX5GATA3GATA2GATA2GATA1

cc--KITKIT

0.0 0.4 0.8 1.2 1.6

**

TAOK3

ERN1ERN1

CDC25BCDC25B

PCNA

0.0 0.4 0.8 1.2 1.6

*****

*

*

10-T SMF (16 hrs)

超定常磁場曝露は、CD34陽性細胞数に影響しなかった

巨核球系・赤血球系前駆細胞への分化が促進された

シグナル伝達及び核内に関する遺伝子群で発現が上昇した

造血関連遺伝子の発現も有意に増加した

結 語結 語

強力な定常磁場は、造血幹細胞の分化誘導を促す

造血幹細胞からの巨核球・血小板造血過程造血幹細胞からの巨核球・血小板造血過程

成熟・多倍体化

巨核球・血小板造血

巨核球前駆細胞 成熟巨核球

TPO

血小板形成

?

造血幹細胞 血小板

巨核球 Pro-platelet formation

血小板FITC-CD41 + PI染色

血小板産生を取り巻く状況血小板産生を取り巻く状況

1. 血小板減少症 → 血小板輸血① 抗血小板抗体産生② ウイルス感染③ 高額医療費

2. 造血幹細胞移植における血小板回復遅延臍帯血移植: median time = 52 days (>2x104/mm3, range 29-121 days)

3. TPOの臨床治験過程での中和抗体産生→米国・開発中止。日本での開発速度も低下し、臨床応用は極めて困難

1. CFU-Meg/megakaryocyte （platelet） ex vivo expansion → “cell therapy”

2. 巨核球・血小板造血刺激因子

血小板産生を取り巻く状況血小板産生を取り巻く状況

SB 497115-GR

JTZ-132

臍帯血造血幹細胞移植前の臍帯血ユニットへの曝露前処理

想定される用途Ⅰ想定される用途Ⅰ

Up-regulateされた遺伝子の多くはがん遺伝子である

造血幹細胞から巨核球・血小板造血亢進

血小板減少期間の短縮！

強定常磁場曝露処理によるがん遺伝子のup-regulation

想定される用途Ⅱ想定される用途Ⅱ

強定常磁場曝露リスク診断方法の開発

MRI検査対象患者や医療従事者のリスク増加

造血幹細胞での評価

本技術に関する知的財産本技術に関する知的財産

発明の名称：細胞の遺伝子発現

を制御する方法

出願番号：特願2007-238584

出願人：弘前大学

発明者：柏倉幾郎、宮越順二、

高橋賢次、櫻井智徳、門前暁

お問い合わせ先

弘前大学地域共同研究センター文部科学省産学官連携コーディネーター

野 呂 治

ＴＥＬ ０１７２－３９ － ３１７９ＦＡＸ ０１７２－３６ － ２１０５

e-mail nology@cc.hirosaki-u.ac.jp

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