Once their safety is confirmed, human-induced pluripotent stem cells (hiPSCs), which do not entail ethical concerns, may become a preferred cell source for regenerative medicine. Here, we investigated the therapeutic potential of transplanting hiPSC-derived neurospheres (hiPSC-NSs) into nonobese diabetic (NOD)-severe combined immunodeficient (SCID) mice to treat spinal cord injury (SCI). For this, we used a hiPSC clone (201B7), established by transducing four reprogramming factors (Oct3/4, Sox2, Klf4, and c-Myc) into adult human fibroblasts. Grafted hiPSC-NSs survived, migrated, and differentiated into the three major neural lineages (neurons, astrocytes, and oligodendrocytes) within the injured spinal cord. They showed both cell-autonomous and noncell-autonomous (trophic) effects, including synapse formation between hiPSC-NS–derived neurons and host mouse neurons, expression of neurotrophic factors, angiogenesis, axonal regrowth, and increased amounts of myelin in the injured area. These positive effects resulted in significantly better functional recovery compared with vehicle-treated control animals, and the recovery persisted through the end of the observation period, 112 d post-SCI. No tumor formation was observed in the hiPSC-NS–grafted mice. These findings suggest that hiPSCs give rise to neural stem/progenitor cells that support improved function post-SCI and are a promising cell source for its treatment.

Murine and human iPSC-NS/PCs (induced pluripotent stem cell-derived neural stem/progenitor cells) promote functional recovery following transplantation into the injured spinal cord in rodents. However, for clinical applicability, it is critical to obtain proof of the concept regarding the efficacy of grafted human iPSC-NS/PCs (hiPSC-NS/PCs) for the repair of spinal cord injury (SCI) in a non-human primate model. This study used a pre-evaluated "safe" hiPSC-NS/PC clone and an adult common marmoset (Callithrix jacchus) model of contusive SCI. SCI was induced at the fifth cervical level (C5), followed by transplantation of hiPSC-NS/PCs at 9 days after injury. Behavioral analyses were performed from the time of the initial injury until 12 weeks after SCI. Grafted hiPSC-NS/PCs survived and differentiated into all three neural lineages. Furthermore, transplantation of hiPSC-NS/PCs enhanced axonal sparing/regrowth and angiogenesis, and prevented the demyelination after SCI compared with that in vehicle control animals. Notably, no tumor formation occurred for at least 12 weeks after transplantation. Quantitative RT-PCR showed that mRNA expression levels of human neurotrophic factors were significantly higher in cultured hiPSC-NS/PCs than in human dermal fibroblasts (hDFs). Finally, behavioral tests showed that hiPSC-NS/PCs promoted functional recovery after SCI in the common marmoset. Taken together, these results indicate that pre-evaluated safe hiPSC-NS/PCs are a potential source of cells for the treatment of SCI in the clinic.

Previously, we described the safety and therapeutic potential of neurospheres (NSs) derived from a human induced pluripotent stem cell (iPSC) clone, 201B7, in a spinal cord injury (SCI) mouse model. However, several safety issues concerning iPSC-based cell therapy remain unresolved. Here, we investigated another iPSC clone, 253G1, that we established by transducing OCT4, SOX2, and KLF4 into adult human dermal fibroblasts collected from the same donor who provided the 201B7 clone. The grafted 253G1-NSs survived, differentiated into three neural lineages, and promoted functional recovery accompanied by stimulated synapse formation 47 days after transplantation. However, long-term observation (for up to 103 days) revealed deteriorated motor function accompanied by tumor formation. The tumors consisted of Nestin(+) undifferentiated neural cells and exhibited activation of the OCT4 transgene. Transcriptome analysis revealed that a heightened mesenchymal transition may have contributed to the progression of tumors derived from grafted cells.