急性骨髄性白血病（AML）のヒト化スキャフォールドにおける強固な移植研究

背景紹介

急性骨髄性白血病（AML）は悪性血液疾患であり、その治療と研究は常に大きな課題に直面しています。患者由来の異種移植モデル（PDX）はAML研究の重要なツールですが、既存のPDXモデルは複雑性が高く、操作が煩雑であるため、その広範な応用が制限されています。これらの問題を解決するため、研究者たちはヒト化微小環境（humanized niche）を移植することでPDXモデルを改良しようと試みています。しかし、既存の方法は通常、複雑な操作ステップと特定の生体材料を必要とするため、広く採用されることが難しい状況です。

本研究は、操作プロセスを簡素化し、生体材料の選択と移植方法を最適化することで、より簡便で強固なAML PDXモデルを確立することを目的としています。研究者たちは、この方法を通じて、AMLが人体内で成長する環境をより良く模倣し、AMLの研究と治療により信頼性の高い実験プラットフォームを提供することを目指しています。

論文の出典

本論文は、チェコ共和国マサリク大学（Masaryk University）医学部のDaniel Busa、Zdenka Herudkova、Jan Hylら研究者たちによって共同で執筆されました。研究チームには、ブルノ大学病院（University Hospital Brno）やチェコ工科大学（Brno University of Technology）の複数の研究機関の専門家も含まれています。論文は2025年に『Molecular Oncology』誌に掲載され、DOIは10.¹⁰⁰²⁄₁₈₇₈-0261.13790です。

研究のプロセスと結果

1. 生体材料の比較と選択

研究の第一段階として、異なる生体材料がヒト化骨髄微小環境（bone marrow niche）を形成する能力を評価しました。研究者たちは、商業化されたβ-リン酸三カルシウム（β-TCP）セラミック顆粒、3種類の異なる由来の細胞外マトリックス（ECM）ゲル、および学術チームが開発したコラーゲン-ハイドロキシアパタイト（collagen-hydroxyapatite, HA）マトリックスとコラーゲンファイバーの7種類の生体材料をテストしました。

実験ステップ：

• 生体材料の調製：各生体材料をヒト骨髄間葉系幹細胞（MSCs）と混合し、手術または注射によって免疫不全マウスに移植しました。
• スキャフォールド形成の評価：移植後8週間で、組織学的検査と画像解析を通じて、スキャフォールド内の骨組織と骨髄微小環境の形成状況を評価しました。

結果：

• 骨組織の形成：すべての材料がスキャフォールド内で骨組織を形成することができましたが、材料によって成功率が異なりました。β-TCPセラミック顆粒とコラーゲン-HAマトリックスが最も高い骨形成成功率を示しました。
• 骨髄微小環境の形成：ECMゲルとコラーゲン-HAファイバーが骨髄微小環境の形成において最も優れており、マウスの造血細胞の成長をサポートすることができました。

2. AML移植効果の評価

最適な生体材料を特定した後、研究者たちはこれらの材料がAML移植効果に与える影響をさらに評価しました。研究者たちは4種類の生体材料（β-TCPセラミック顆粒、Sigma ECMゲル、コラーゲン-HAマトリックス、コラーゲン-HAファイバー）を選択し、未処理マウスで移植が容易な2つのAMLサンプルをこれらのスキャフォールドに移植しました。

実験ステップ：

• AML移植：AML細胞を静脈内注射（i.v.）またはスキャフォールド内に直接注射（i.sc.）して移植しました。
• 移植効果の評価：フローサイトメトリーと組織学的解析を通じて、AML細胞がスキャフォールドとマウス骨髄内でどのように移植されるかを評価しました。

結果：

• AML移植効果：すべての生体材料がAML細胞の完全な浸潤をサポートし、材料間の移植効果に有意な差は見られませんでした。
• 原始AML細胞の割合：スキャフォールド内では、AML細胞の原始的なCD34+細胞の割合が高く、スキャフォールドがAML細胞の原始状態をより良く維持できることが示されました。

3. 移植経路の比較

研究者たちは、3つの異なるAML移植経路（静脈内注射（i.v.）、スキャフォールド内直接注射（i.sc.）、およびAML細胞をスキャフォールド混合物と同時に移植する方法（mix））を比較しました。その結果、静脈内注射経路がスキャフォールドとマウス組織の両方で最も強固なAML移植効果をもたらすことが明らかになりました。一方、スキャフォールド内直接注射は明らかな利点を示しませんでした。

結果：

• 静脈内注射の優位性：静脈内注射経路は、AML細胞がスキャフォールドとマウス骨髄内で広く分布することを可能にし、操作も簡便でした。
• T細胞増殖の問題：スキャフォールド内直接注射と混合移植経路では、T細胞の増殖が観察され、これがAML細胞の移植効果に影響を与える可能性があります。

4. スキャフォールド形成の最適化

スキャフォールド形成時間を短縮するため、研究者たちは異なる時間点（4週間、6週間、8週間）でのスキャフォールド形成状況を評価しました。その結果、6週間のスキャフォールド形成時間で十分に骨髄微小環境を形成できることがわかり、4週間では効果的な骨髄微小環境を形成するには不十分でした。

結果：

• 6週間のスキャフォールド形成：6週間のスキャフォールド形成時間で骨髄微小環境を形成でき、8週間と同等の効果が得られました。
• BMP-2の増強効果：スキャフォールド形成過程で骨形態形成タンパク質2（BMP-2）を添加することで、スキャフォールドのサイズと骨髄微小環境の形成が著しく増加しました。

5. 非移植性AMLサンプルの移植

最後に、研究者たちはスキャフォールドが非移植性または低移植性のAMLサンプルの移植をサポートできるかどうかをテストしました。その結果、静脈内注射経路は4つの非移植性AMLサンプルのうち2つを移植することができましたが、スキャフォールド内直接注射は4つのうち1つしかサポートできませんでした。

結果：

• 静脈内注射の成功率：静脈内注射経路は、非移植性AMLサンプルの移植においてより高い成功率を示しました。
• T細胞増殖の課題：スキャフォールド内直接注射経路では、T細胞の増殖がAML移植の失敗を引き起こす可能性があります。

結論と意義

本研究は、操作プロセスを簡素化し、生体材料の選択と移植方法を最適化することで、簡便かつ強固なAML PDXモデルを確立することに成功しました。研究結果は、静脈内注射経路が最も効果的なAML移植方法であり、ECMゲルとコラーゲン-HAファイバーが最適な生体材料であることを示しています。さらに、BMP-2を添加することでスキャフォールド形成効果が著しく向上することも明らかになりました。

この研究の科学的価値は、AML研究により信頼性の高い実験プラットフォームを提供し、AMLが人体内で成長する環境をより良く模倣できる点にあります。その応用価値は、AMLの治療と薬剤スクリーニングにより効率的な実験ツールを提供することにあります。

研究のハイライト

• 操作プロセスの簡素化：本研究は、生体材料の選択と移植方法を最適化することで、AML PDXモデルの確立プロセスを大幅に簡素化しました。
• 静脈内注射の優位性：研究は、静脈内注射経路がAML移植において優れていることを実証し、今後の研究に重要な指針を提供しました。
• BMP-2の増強効果：BMP-2の添加によりスキャフォールド形成効果が著しく向上し、スキャフォールドの最適化に新たな視点を提供しました。