成果報告書詳細
管理番号20110000001472
タイトル平成21年度~平成22年度成果報告書 iPS細胞等幹細胞産業応用促進基盤技術開発/iPS細胞等幹細胞の選別・評価・製造技術等の開発
公開日2012/12/26
報告書年度2009-2010
委託先名独立行政法人産業技術総合研究所  独立行政法人国立成育医療研究センター 川崎重工業株式会社 大陽日酸株式会社 株式会社セルシード アルブラスト株式会社
プロジェクト番号P08030
部署名バイオテクノロジー・医療技術部
和文要約件名:平成21年度~平成22年度成果報告書 iPS細胞等幹細胞産業応用促進基盤技術開発/iPS細胞等幹細胞の選別・評価・製造技術等の開発
 2007年、山中らによりレトロウィルスベクターを用いてOct3/4、Sox2、c-Myc、Klf4の4遺伝子を細胞に導入することによりヒト人工多能性幹(iPS)細胞を作製する技術が開発されて以来、世界各地で急速に研究が進められ、多数のiPS細胞が樹立されている。ヒトiPS細胞は、創薬スクリーニングや疾患メカニズム解明への応用、更には再生医療の次世代材料として世界中の注目を集めている。しかしながらドナー細胞の由来組織、山中4因子の挿入場所、また用いる樹立方法の違いによっても、得られるiPS細胞の性質が異なること、iPS細胞の性質が安定していないことなどが指摘されており、実用化に向けて大きな課題となっている。
 そこで本研究開発ではまず、ヒトiPS細胞等の核型、遺伝子発現、細胞表面糖鎖などの性状を網羅的に測定する技術を開発する。次に、バイオインフォマティクスを用いて得られた網羅的解析結果をデータマイニングすることにより、細胞を選別する手法やマーカー候補分子の探索を実施する。最終的には、iPS細胞を選別・評価する技術を確立することにより、信頼性の高い細胞の安定供給体制を構築する。これまで我々は、4種類の異なる親株から数世代の植え継ぎ後も性質が安定したiPS細胞の樹立に成功した。これらiPS細胞について、親株及び未分化状態のiPS細胞の遺伝子発現をDNAマイクロアレイで網羅的に解析した。また、レクチンマイクロアレイを用いて、細胞表層の糖鎖プロファイルを取得し、異なる糖鎖プロファイルを持つ親株がiPS化することによって、均質化することを明らかにした。更に、遺伝子発現および糖鎖プロファイルの結果を用いて、親細胞とiPS細胞を判別することが可能となった。一方で、由来する親細胞の特徴を引継いでいることも確認した。これらの結果は、信頼できるiPS細胞の標準化に関する指標を与え得るものである。
 医療や産業に応用するためには、iPS細胞を大量且つ安定的に作製し、凍結保存するための自動化システムの開発を進めた。細胞凍結の自動化に関してはガラス化法だけではなく、緩慢凍結法についても十分に実用的な冷却パターンを得ることができた。iPS細胞の大量調製の自動化技術の開発では、広視野画像の画像処理によるiPS未分化コロニー選別技術と未分化コロニーのみのピペッティングによる剥離技術を開発した。そして、培養操作空間の環境条件制御について検討し、環境制御装置を試作した。さらに、温度感受性基材を利用したコロニー剥離条件の最適化を行い、コラゲナーゼ等の処理無しにiPS細胞の継代に成功した。
英文要約Title: Fundamental Technology Development for Promoting the Industrial Application of iPS Cells (FY2009-2010) Final Report
On November 2007, Dr. Yamanaka's group reported the first human induced pluripotent stem (iPS) cells by introducing four genes including Oct3/4, Sox2, c-Myc, and Klf4, termed Yamanaka factors, using retrovirus vectors as vehicles. Since then, researches made rapid progress in Japan as well as various countries in the world including USA as a representative, resulting in the generation of a series of iPS cells. Human iPS cells attract great attention for the application to drug screening and analysis of the mechanisms of diseases, and even as the next generation materials for regenerative medicine. However, the properties of iPS cells vary depending on the species of parental cells and tissues, the sites of the integration of the Yamanaka factors, and inducing procedures. Therefore, generation and stable supply of reliable iPS cells are the important subjects.
In this project, we have developed analytical technologies to obtain a comprehensive data set of iPS cells such as gene expression and glycan profiles, and karyotype for the purpose of standardization of iPS cells. In order to develop cell discrimination procedures to evaluate the properties of iPS cells, the obtained data were then analyzed by bioinformatics approach. Specifically, we have established stable iPS cell lines of varying passages, from four different somatic cells. Using the stable anaplastic iPS cells and their corresponding somatic cells, gene expression profiling was performed by DNA microarray. In addition, we have also performed glycan profiling using lectin microarray and found that iPS cells induced from four different somatic cells appeared to acquire similar glycan profiles irrespective of their origins. Furthermore, using the obtained gene expression and glycan profilies, we have successfully developed discrimination procedures between iPS cells and somatic cells. Based on the gene expression profiles, iPS cells induced from the same somatic cells clustered more closely with each other than those from distinct somatic cells. These results would lead to standardization of iPS cells.
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