血球系細胞や間質細胞を含む「骨髄オルガノイド」を作製 さらに、胸腺の働きを再現するヒト由来骨髄間質細胞『iBOSS』を確立 ～従来のマウス細胞に代わる基盤として細胞治療・創薬への応用に期待～

プレスリリースのポイント

• ヒトiPS細胞を用いて、血球系細胞、血管系細胞、間質細胞を含む骨髄に似た立体臓器「骨髄オルガノイド（iBMO）」を作製しました。（図1）
• 骨髄オルガノイドから、免疫細胞の分化を支えるヒト由来骨髄間質細胞「iBOSS」を取り出し、安定して増やせる細胞株を樹立しました。（図2）
• T細胞は本来、骨髄とは別の臓器である胸腺で分化しますが、ヒト由来骨髄間質細胞「iBOSS」を用いると、造血前駆細胞をT細胞や樹状細胞に分化させることに成功しました。（図4）
• 本研究で作製した「骨髄オルガノイド」とヒト由来骨髄間質細胞「iBOSS」は、骨髄と胸腺の働きを一つの仕組みの中で再現することに成功した、画期的な成果です。
• 本研究成果は、血液・免疫疾患の病態解明、薬の安全性評価、細胞治療への応用が期待されますが、基礎研究段階の成果であり、直ちに臨床応用できるものではありません。

背景・目的

骨髄移植（造血幹細胞移植）は血液や免疫の病気の有効な治療法として確立されていますが、ドナー不足、HLA（白血球の型）の不一致、移植後の合併症、免疫回復の遅れなど課題が残されています。こうした課題を乗り越えるため、患者さん自身の細胞から血液・免疫細胞を安定してつくり出す技術が求められてきました。
一方で、これまでヒトの造血や免疫細胞分化を調べる研究では、培養皿上で細胞を育てる方法やマウス由来の間質細胞（OP9細胞）を用いる方法が広く用いられましたが、医療応用の面ではヒト細胞に基づいたより生体に近い骨髄モデルが必要です。
iPS細胞を立体的に育てて臓器の働きを再現する「オルガノイド」技術はこの数年で大きく進展しましたが、これまでの骨髄モデルには単純な球体構造、T細胞への分化支持能が欠如しているなどの限界がありました。T細胞への分化は通常、骨髄とは別の臓器である胸腺が担うため、骨髄と胸腺の働きを一つの仕組みの中で再現することは困難でした。
そこで本研究では、ヒトiPS細胞から、血液細胞や免疫細胞を生み出す「骨髄の場」を再現することを目指しました。さらに、作製した骨髄オルガノイドから、血液・免疫細胞の分化を支えるヒト由来骨髄間質細胞を樹立し、新しいヒト造血・免疫研究基盤としての有用性を検証しました。

研究概要

本研究では、ヒトiPS細胞を用いて、骨髄に似た立体臓器である「骨髄オルガノイド」を作製しました。主な研究内容は以下の通りです。

➀3D骨髄オルガノイド（iBMO）の作製

特別な足場材料（細胞外マトリックス）を使わない簡便な培養法を開発し、複数のヒトiPS細胞株から、血球系細胞・血管系細胞・間質細胞を含む立体的な骨髄に似た組織「骨髄オルガノイド（iBMO）」を作製しました。

➁単一細胞RNA解析による骨髄構成マーカー確認（図3）

iBMO内に存在する細胞の種類や特徴を調べ（約6万4千個の細胞を解析）、12種類の細胞集団を特定し、ヒトの骨髄を構成する遺伝子の働きに近いことを確認しました。

➂ヒト由来骨髄間質細胞「iBOSS」の樹立

iBMOから、免疫細胞の分化を支える骨髄間質細胞「iBOSS」を取り出し、安定して増やせる細胞株を樹立しました。iBOSSは、間葉系幹細胞としての性質（骨・軟骨・脂肪への分化能）を備えていました。

➃T細胞・樹状細胞の分化（図4）

iBOSSを土台として、iPS細胞由来の造血前駆細胞から、免疫に重要なT細胞（CD4陽性細胞など）と樹状細胞を分化させることに成功しました。これは、骨髄と胸腺の両方の働きを一つの系で再現できたことを示します。

➄動物移植による機能の実証（図5）

iBMOを免疫不全マウスに移植したところ、ヒトの赤血球がつくられ（造血）、さらに軟骨や骨が形成され（骨化）、ヒトのT細胞も確認されました。本来は造血や骨形成が起こらない場所に移植しても自律的にこれらの機能を発揮したことから、移植可能な「ヒト骨髄の代替組織」として働くことが示されました。

なお、免疫細胞への分化の土台にはこれまでマウス由来の細胞（OP9細胞など）が世界的に広く使われてきましたが、iBOSSはすべてヒトの細胞でできているため、より安全でヒトに近い研究・製造基盤になると期待されます。