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亜鉛イオン濃度の変化は、脂肪由来間葉系幹細胞から生成されたインスリン産生細胞の成熟を反映している
A change in the zinc ion concentration reflects the maturation of insulin-producing cells generated from adipose-derived mesenchymal stem cells.
PMID: 31822724 PMCID: PMC6904733. DOI: 10.1038/s41598-019-55172-0.
抄録
多能性幹細胞からのインスリン産生細胞（IPC）の作製は、1型糖尿病の画期的な治療法になる可能性がある。しかし、臨床応用のために未熟な細胞を排除するためには、新しい技術の開発が必要である。ジチゾン染色は、亜鉛を検出してIPCを評価するために用いられている。我々は、亜鉛イオン（Zn）の動態がIPCの成熟状態を反映しているのではないかと仮説を立てた。ヒト脂肪由来幹細胞は、二次元（2D）または三次元培養を用いた二段階のプロトコルによりIPCに分化させた。21 日目の IPC の刺激指数は、2 次元培養で 1.21、3 次元培養で 3.64(P<0.05)であった。3D培養したIPCは、培養中にジチゾンで染色し、ImageJで算出したその強度が17日目にピークに達した（P<0.05）。ストレプトゾトシン誘発糖尿病ヌードマウスの血糖値は、96個の3D培養IPCを移植した後、正常化された（4/4,100%）。3D培養物の培地中のZn濃度変化は、初期には負の値を示し、後期には大きな正の値を示した。本研究は、我々の観察に基づくZnの動態と亜鉛輸送体の染色がIPCの分化に重要な役割を果たしていることを示唆しており、その測定が非破壊的な方法でIPCの成熟度を評価するのに役立つ可能性を示唆している。
The generation of insulin-producing cells (IPCs) from pluripotent stem cells could be a breakthrough treatment for type 1 diabetes. However, development of new techniques is needed to exclude immature cells for clinical application. Dithizone staining is used to evaluate IPCs by detecting zinc. We hypothesised that zinc ion (Zn) dynamics reflect the IPC maturation status. Human adipose-derived stem cells were differentiated into IPCs by our two-step protocol using two-dimensional (2D) or 3D culture. The stimulation indexes of 2D -and 3D-cultured IPCs on day 21 were 1.21 and 3.64 (P < 0.05), respectively. The 3D-cultured IPCs were stained with dithizone during culture, and its intensity calculated by ImageJ reached the peak on day 17 (P < 0.05). Blood glucose levels of streptozotocin-induced diabetic nude mice were normalised (4/4,100%) after transplantation of 96 3D-cultured IPCs. Zn concentration changes in the medium of 3D cultures had a negative value in the early period and a large positive value in the latter period. This study suggests that Zn dynamics based on our observations and staining of zinc transporters have critical roles in the differentiation of IPCs, and that their measurement might be useful to evaluate IPC maturation as a non-destructive method.