背景
膵β細胞障害は、糖尿病の中心的な病因である。ヒト人工多能性幹細胞（iPSCs）のβ細胞へのin vitro分化は、糖尿病研究のための新たなβ細胞源となりうる。ここでは、iPSC-β細胞を分化させ、in vitroおよびiPSC-β細胞移植マウスにおけるin vivoで、それらの機能を解析した。
方法
iPSCsは、5週間の7ステッププロトコルを用いてβ細胞へ分化させた。 β細胞マーカーは、qPCRと免疫細胞化学によって評価し、臓器提供者ヒト膵島と比較した。in vitro iPSC-β細胞機能は、グルコース刺激インスリン分泌によって評価した。NOD-SCIDマウスの腎被膜下にiPSC-β細胞を移植し、移植後7、14、20週間で腹腔内ブドウ糖負荷試験を実施した。 21週目に、ストレプトゾトシン（STZ）によりマウスβ細胞を選択的に除去し、1週間血糖値を測定後、移植片のin vivo機能を評価するため腎摘出術またはin situ腎灌流を行った。
結果
iPSC-β細胞は、遺伝子発現によって決定される適切な発生段階を経た。免疫細胞化学において、iPSC-β細胞のインスリン陽性細胞は、ヒト膵島における割合と同等であった。ステージ7のiPSC-β細胞は、in vitroにおいて16.7mMグルコース刺激によるインスリン分泌を有意に増強しなかった。さらに6週間培養した後、iPSC-β細胞はin vitroにおいて有意なグルコース応答性を示し、成熟β細胞マーカーであるNTPDase3の発現が確認された。iPSC-β細胞移植マウスにおいて、ヒトC-ペプチド分泌が移植後7週間で検出され、移植片は14〜20週間でグルコース応答性を示した。STZ投与後、移植マウスは、腎摘出術による移植片除去まで正常血糖を維持した。in situ腎灌流において、移植片は20 mMグルコース刺激に応答して顕著なヒトインスリン分泌反応を示し、これは1 μMフォルスコリンによって増強された。250 µMジアゾキシド（K_ATPチャネル開口薬）はインスリン分泌を完全に阻害し、一方で25 µMグリクラジド（K_ATPチャネル阻害薬）または30 mM KClはインスリン分泌を強く刺激した。
結論
in vitro分化により得られたiPSC-β細胞は、未成熟なβ細胞機能特性を示す。一方、移植後のin vivo環境は、iPSC-β細胞が成人のヒト膵島と同等の機能的特徴を獲得する程度までβ細胞の成熟を促進する。この技術は、糖尿病におけるβ細胞機能不全と細胞死を研究するために有用なヒトβ細胞の無制限の供給を我々に提供するだろう。