幹細胞を用いた再生医療とは

再生医療と幹細胞

再生医療とは、病気や事故などの理由によって失われた体の組織を再生することを目指して提案された医療技術です。
例えば、爪や髪の毛はどんなに切ってもいずれは同じ長さに再生します。
これは爪や髪の毛の元になる未分化な細胞が細胞分裂を繰り返し、自分と同じ細胞を増殖させることで徐々に組織として再生していくからです。
爪や髪の毛が元に戻るなら、体の他の組織や臓器も同じように再生するのでは？と考えてしまう方もいらっしゃるのではないでしょうか？
しかし、実際にはそうはいきません。
例えば、神経細胞や心筋細胞は細胞分裂する能力が少ない、もしくはない為に、一度損傷すると自前で組織の機能や形態を再生することが難しいのです。
そこで、体外から未分化な「幹細胞」を注入することで損傷した臓器の再生が得られるのではないかと考え、これまで様々な再生医療や幹細胞が研究・開発されてきました。
幹細胞において必須と言える能力は下記の2つです。

それぞれについて解説します。

多分化能

多分化能とは、様々な種類の細胞に分化できる能力を指します。
例えば、受精卵は分化能という意味では全ての細胞の頂点に立つ存在です。
たった一つの細胞から細胞分裂と分化を行い、筋肉や皮膚、血液、内臓など全ての臓器や細胞に分化できます。
受精卵は最初の分化によって、外胚葉・内胚葉・中胚葉の3つに分化します。
外胚葉に分化した細胞は、皮膚や脳・脊髄などの中枢神経系ニューロン、末梢神経系ニューロンなどの元になります。
内胚葉に分化した細胞は、消化管や肺、甲状腺、膵臓、肝臓、尿路などの内臓の元になります。
中胚葉は外胚葉と内胚葉以外の筋肉や骨、真皮、結合組織、心臓、血管、血液などの元になります。
これらの分化の過程は一方通行であり、一度分化した細胞が他の系統の細胞に分化することはありません。
例えば、血液の元になる中胚葉に分化した細胞が外胚葉から分化する神経細胞に突然分化することはないわけです。
だからこそ、再生医療に用いる幹細胞は損傷した様々な臓器に分化できるよう、多分化能が必須と言えます。

自己複製能

自己複製能とは、細胞分裂を繰り返して自分と同じ形態や機能を有した細胞を複製（コピー）する能力のことです。
例えば、どれだけ多分化能を有した細胞でも、そこから自己複製できなければ増殖できないため、組織の損傷を補うことができません。

これまでの幹細胞の歴史

これまで、実際に多分化能と自己複製能を有した幹細胞が複数見つかっています。
ここでは、それぞれについて解説します。

ES細胞

前述したように、最強の多分化能をもつ受精卵から抽出された幹細胞こそがES細胞です。
1998年、アメリカのジェームズ・トムソンらによって、ヒトの胚（受精卵）からES細胞を抽出することに成功しました。
ES細胞は全ての細胞に分化可能な多能性幹細胞であり、試験管の中では無限の細胞分裂能力を有します。
さらに、遺伝子を改変すれば分化を誘導できる（分化する臓器を指定できる）点でも魅力的であり、再生医療への応用が大きく期待されました。
しかし、他人の細胞、しかも受精卵からの抽出であるため、免疫拒絶反応や倫理的問題から現在も臨床への応用には至っていません。

iPS細胞

2006年、京都大学の山中教授が作り出した新たな幹細胞がiPS細胞です。
本来、皮膚の細胞は細胞分裂を行っても皮膚の細胞にしかなりません。
しかし、山中教授は皮膚の細胞に4つの遺伝子を注入することで、ES細胞のようにあらゆる細胞に分化できる能力をもった細胞をつくり出すことに成功しました。
ベースとなる皮膚の細胞が自分自身の細胞であるため、ES細胞の抱えていた免疫拒絶反応や倫理的問題はクリアできています。
一方で、遺伝子を注入したiPS細胞が発ガンする可能性があります。
今後さらなる費用と時間をかけて、実用化を目指しているところです。

体性幹細胞

体性幹細胞とは、造血幹細胞や神経幹細胞、間葉系幹細胞と言った私たちの骨や血液などから採取可能な幹細胞です。
ES細胞やiPS細胞と比較すると数段階分化した状態であり、すでにいずれかの組織に向かって分化している細胞です。
しかし、様々な研究を通し、体性幹細胞の中でも間葉系細胞は様々な臓器や組織に分化できる細胞であることが判明しました。
さらに、間葉系幹細胞は皮膚や脂肪、骨髄などあらゆる場所に存在していることがわかりました。
元々自分の体内の細胞であるため、免疫拒絶反応や倫理的問題は少なく、発ガンリスクも低いメリットがあります。

ミューズ細胞

ミューズ細胞は、2010年に東北大学大学院医学系研究科の研究で発見されました。
間葉系幹細胞の分化能にはこれまで懐疑的な意見もありましたが、間葉系幹細胞のなかで多分化能を担っている細胞を抽出することに成功し、これを「ミューズ細胞」と命名しました。
ミューズ細胞最大の特徴は、分化誘導が不要な点です。
ES細胞やiPS細胞を再生医療に用いる場合、未分化な幹細胞を目的とする細胞に分化させるため誘導する必要があり、分化しそこなった細胞はガン化する可能性があります。
しかし、ミューズ細胞には分化誘導が不要であり、そのまま生体内に投与するだけで自分で判断して損傷した組織の細胞に分化します。

まとめ

今回の記事では再生医療に用いられる幹細胞について解説させて頂きました。
幹細胞には「多分化能」と「自己複製能」の2つの能力が必須であり、これまで多くの幹細胞が研究・開発されてきました。
とは言え、それぞれメリット・デメリットを抱えており、臨床の応用に最適な幹細胞に関しては今後も研究が必要な現状です。
医学的・コスト的な問題をクリアした幹細胞が実臨床に応用されれば、これまで根治治療が困難とされてきた疾患の根治も期待でき、現在はその知見が待たれるところです。

Q&A

再生医療で治せる病気は？
再生医療で治せる疾患として、パーキンソン病や脳梗塞などの中枢性疾患、重症心筋症、クローン病や潰瘍性大腸炎などの炎症性腸疾患、変形性関節症、再生不良性貧血などが挙げられます。

iPS細胞を使った再生医療とは？
iPS細胞とは、皮膚の細胞に遺伝子を4つ加えて人工的に作られた幹細胞のことです。
自分の細胞由来であるため免疫反応が起こりにくく、倫理的な問題もクリアしている反面、実用化まではまだまだ時間とコストが必要になります。
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