iPS細胞、ES細胞、体性幹細胞など幹細胞について

幹細胞とは？

そもそも幹細胞とは、何でしょうか。
わたしたちの身体には、皮膚や血液などひとつひとつの細胞の寿命が短いものが多く存在しています。
そうした寿命の短い細胞は、常に入れ替わり続ける組織を保つためにどうしているのでしょうか。
失われた細胞を再び生み出し、補充する能力を持った細胞が必要となります。
また、大きな怪我をしたり体の組織がダメージを受けたりしたときにも、失われた組織を補充する能力を持った細胞が必要です。
これらの能力を持った細胞が「幹細胞」と呼ばれています。
この幹細胞があることで、わたしたちは受精卵から成長し誕生することができました。
そして、成人してからも日々の身体を維持することができているのです。

◆ 細胞の種類 iPS細胞 etc

幹細胞は大きく分けて3種類( iPS細胞 他)ありますのでそれぞれの特徴をご説明します

ES細胞（胞胚性幹細胞）

胚性幹細胞（はいせいかんさいぼう　英: embryonic stem cells）は、英語の頭文字をとって、ES細胞と呼ばれています。
動物の発生初期段階である、胚盤胞期の胚の一部に属する内部細胞塊から作られる幹細胞細胞株のことです。
理論上では、すべての組織に分化する分化多能性をもちながら、ほぼ無限に増殖が可能なため、有力な万能細胞の一つとして再生医療への応用が期待されています。
例えば、マウスなどの動物由来のES細胞では、体外で培養した後、胚に戻し、発生させることで、生殖細胞を含めた様々な組織に分化させるだけでなく、その高い増殖能から遺伝子に様々な操作を加えることができます。
このことを利用して、基礎医学研究では既に広く利用されています。

iPS細胞

人工多能性幹細胞（じんこうたのうせいかんさいぼう　英: induced pluripotent stem cells）は、2006年（平成18年）山中伸弥教授が率いる京都大学の研究グループによってマウスの線維芽細胞（皮膚細胞）から初めて作られた細胞です。
英語の頭文字をとって、iPS細胞と呼ばれます。
体細胞へ4種類の遺伝子を導入することにより、ES細胞（胚性幹細胞）のように非常に多くの細胞に分化できる分化万能性 (pluripotency)と、分裂増殖を経てもそれを維持できる自己複製能を持たせた細胞のことです。
iPS細胞は、ES細胞の持つ生命倫理上の問題を回避することができるようになったため、免疫拒絶の無い再生医療の進展に大きな期待が寄せられています。

iPS細胞とES細胞の作成方法の違い

ES細胞は、多能性が高く、ほぼ無限に増殖できるため、基礎研究や創薬に広く利用されています。
しかし、受精卵の利用に関わる倫理的な問題や、免疫拒絶反応が起こる可能性がある点が課題となっています。
iPS細胞は、患者自身の細胞から作製されるため、免疫拒絶反応が起こりにくく、個別化医療に最適です。
神経疾患や心臓疾患など、様々な難治性疾患の治療への応用が期待されています。

体性幹細胞

私達の体の中に存在し、組織や臓器を長期にわたって維持する重要な細胞です。
きまった組織や臓器で、消えゆく細胞の代わりを造り続けている幹細胞で、一定の限られた種類の細胞に分化が可能ですが、分裂回数には限りがあります。
代表的な体性幹細胞には下記のものが挙げられます。

造血幹細胞

骨の骨髄の中に存在し、白血球や赤血球、血小板などの血液細胞に分化する能力を持ちます。

脂肪幹細胞

脂肪などから得られる幹細胞。骨髄幹細胞と同様に、複数の細胞に分化します。

歯の幹細胞

歯髄幹細胞・歯根膜幹細胞・歯小のう幹細胞・歯乳頭幹細胞・乳歯幹細胞があります。

表皮幹細胞

皮膚になる細胞の源になります。

腸管上皮幹細胞

大腸・小腸の細胞を作り出します。

神経幹細胞

自己複製能力と神経系を構成する細胞、ニューロン神経細胞やグリア細胞に分化できる能力を持ちます。
間葉系幹細胞：骨、軟骨、脂肪細胞、筋など、間葉系に属する細胞への分化能をもつとされる細胞です。

（引用：再生医療ポータル https://saiseiiryo.jp/）

◆ 幹細胞の分化

幹細胞が持つ2つの能力に、分化能と自己複製能があります

分化能

細胞が異なる細胞種へ分化する能力のことです。
分化全能性・複能性・分化多能性・寡能性・単能性などがあります。
例えば、分化全能性は三胚葉（内胚葉（胃の内膜、消化管、肺）、中胚葉（筋肉、骨、血液、泌尿生殖器）、および外胚葉（表皮組織および神経系）のどの系統にも分化できる能力を持っています。
これに対し、複能性は複数のしかし限定的な数の系統の細胞へと分化できる能力となり、幹細胞によって持つ能力が異なってきます。

自己複製能

分裂・増殖過程を経ても同じ特性を維持して複製する能力のことです。
わかりやすい例を挙げると、わたしたちの体内で寿命の短い細胞（皮膚・血液など）が新しく入れ替わるときに発揮される能力になります。
この能力があることで、わたしたちの生命維持がスムーズに行われており欠かせない身近な能力であることがわかります。

◆ 幹細胞の分化能による分類

幹細胞が持つ2つの能力は、さらに3つに分類できます。

全能性幹細胞

受精卵など、単一の細胞が分裂し、全ての細胞に分化し、一個体（胎児など）を形成出来る能力を持つ細胞です。
体を構成するあらゆる細胞に分化する能力を持っていることから、全能性幹細胞と呼ばれています。

多能性幹細胞

多能性幹細胞とは、体を構成するほとんどすべての細胞に分化できる幹細胞です。
多能性幹細胞にはいくつか種類があり、現在までに樹立されている多能性幹細胞として、ES細胞、EG細胞（胚性生殖細胞）、およびiPS細胞があります。
多能性とは、三胚葉（内胚葉（消化管系、呼吸器系）、中胚葉（筋肉、骨関節、血液、循環器系、泌尿器系）、および外胚葉（表皮系よび神経系）のどの系統にも分化できる能力のことを言います。
しかし、一つの個体にはならないという点で全能性と区別されます。
ES細胞は受精卵が分裂を繰り返した後の、胚盤胞期の胚の一部から作成される細胞です。
国内では、不妊治療で余った廃棄予定の凍結受精卵の提供を受けて、ES細胞が樹立されています。
EG細胞は、精子や卵子のもととなる細胞（始原生殖細胞）から作成される細胞で、ES細胞とほぼ同じ性質をもちます。
iPS細胞は体細胞に特定の遺伝子を導入することで未分化の状態に初期化（リプログラミング）した細胞です。
iPS細胞の樹立により、ES細胞と同様の細胞をドナーから得ることができるようになりました。
疾患を持つ患者さんから組織を提供してもらい、iPS細胞を樹立し、分化誘導して疾患をシャーレの中に再現することも可能です。
そのため、iPS細胞を分化誘導して作り出された神経細胞や心筋細胞などの体細胞は、病気の原因解明や薬効、副作用の評価への活用や、細胞そのものを患者に移植する「細胞移植治療」（再生医療）など、新たな治療法として期待されています。
（引用：細胞×画像ラボ　https://www.healthcare.nikon.com/ja/ss/cell-image-lab/）

組織幹細胞

わたしたちの体内に自然に存在しており、働いている幹細胞が組織幹細胞と呼ばれます。
分かりやすい例を挙げると、骨髄には造血幹細胞があり、赤血球や白血球などの血液細胞を作っています（多分化能）。
そのほかにも、皮膚や肝臓など様々な場所に存在しています。
骨折が治癒したり、髪の毛を切っても伸びたり、抜けてもまた生えてくるメカニズムは、それぞれの場所に存在する組織幹細胞の働き（自己複製能）のおかげなのです。

幹細胞についてのまとめ

以上、幹細胞についてご紹介してきました。
再生医療の切り札として、今まで治療法のなかった難病や失われた体内組織の再生に大きな効果があると期待されています。
しかし、反面では遺伝子異常や副作用など、わかっていないことも多い分野でもあります。
今後の医学の発展に大きな影響がある幹細胞。今後の発展に期待したいですね。