【2023「科学普及中国青年スター創出コンテスト」】新心・自信

2023年「中国科学普及スター創造コンテスト」の受賞作品は、Xiang Xin、Lin Yuhan、Guan Xin、Chen Yijia、Long Huan、Zeng Yongwei、Zhang Cainiです。

心臓移植手術を受ける必要がある患者の場合、心臓の機能が非常に低下していることが多く、ほとんどの場合、患者自身の心筋に問題があります。心臓は人体のエンジンのようなものです。エンジンに軽微な問題がある場合は、エンジンオイルを使用したり、軽微な修理を行ったりすることで、エンジンを動かし続けることができます。ただし、エンジンがひどく損傷し、修理できず、いつでも停止する可能性がある場合には、エンジンを交換するしかありません。心臓移植の場合も同様です。心臓病が重度で薬物療法や一般的な手術では治療できない場合、唯一の解決策は心臓移植です。

臓器移植に関する最も古い記述は、骨、皮膚、歯、手足、心臓の移植を含む、古代ギリシャ、ローマ、中国、インドの神話にまで遡ることができます。 16 世紀以来、さまざまな国や分野の多くの医療専門家が臓器移植手術に取り組んできました。こうした先人の経験が基礎となり、南アフリカの心臓外科医バーナードは1967年に人類史上初の心臓移植手術を成功させた。患者は手術後わずか18日間しか生きられなかったが、この手術によって人類に心臓移植の道が開かれた。統計によると、世界中で毎年約6,000件の心臓移植手術が行われています。 2019年に私の国では658件の心臓移植が完了しました。我が国の心臓移植手術の成功率は95％を超え、入院中の生存率も90％を超えています。私の国における心臓移植は量的にも質的にも大きな進歩を遂げました。

医学的観点から見た心臓。インターネットからの画像

心臓移植後に患者が経験する最も明らかな感覚は、症状の顕著な改善と生活の質の大幅な向上です。しかし、拒絶反応抑制薬は必然的に患者の免疫力を抑制するため、患者は手術後の日常生活において可能な限り衛生を保ち、頻繁に手を洗い、より頻繁に消毒して感染のリスクを最小限に抑える必要があります。また、手術後は健康的な生活習慣を維持し、血圧、血糖値、血中脂質をコントロールし、規則正しい仕事と休息のスケジュールを維持し、適切な食事を摂り、薬を時間通りに服用し、心臓への負担をできるだけ減らす必要があります。

もちろん、現時点では心臓移植には避けられない困難が伴います。中国国民の死後の臓器提供件数は年々増加しており、現在アジアで第1位、世界で第2位となっているが、心臓提供者の供給源のギャップは依然として大きく、心臓提供者の供給が需要を上回っている。これは現在心臓移植が直面している問題の一つでもあります。さらに、心臓移植後は体の拒絶反応が避けられません。結局、それは本来の心臓ではなく、本来の心臓のように身体に適応することができません。拒絶反応は多かれ少なかれ起こります。拒絶反応がひどい場合は炎症により他の臓器にダメージを与え、患者は長期間拒絶反応抑制薬を服用しなければなりません。その後の費用も、一部の家族にとっては負担が大きすぎる可能性があります。

心臓移植がどのようなものかがわかったので、異種移植を理解するのは難しくありません。この方法では、ある種の心臓を別の種に移植します。同種移植と比較すると、異種移植は移植用の臓器不足の問題を解決するように思われますが、種間の差異が大きく、拒絶反応も強くなります。したがって、移植のソースの選択は非常に重要です。

最初に思い浮かぶ動物は、私たちに最も近い霊長類、つまりチンパンジーやサルなどです。しかし、霊長類は、数が少ないこと、繁殖が難しいこと、価格が高いこと、臓器のサイズが小さいこと、倫理的な論争が起きる可能性があることなどから、異種移植には最適な選択肢とはなっていない。 「ビッグ・ブラザー」に頼ることができないので、「セカンド・ブラザー」である朱八戒を犠牲にしなければなりません。豚と人間は見た目は大きく異なりますが、豚の心臓の構造と大きさは人間のものとほぼ同じです。豚と人間の進化的距離はちょうどよく、豚の組織内のウイルスが人間に感染する可能性は低い。さらに、豚は大規模に飼育・繁殖することが容易です。さまざまな要因により、科学者は豚に対して特別な好みを抱いています。これまでのところ、豚が異種移植に最適な選択肢であるという国際的コンセンサスが形成されています。

2022年1月7日、進行した心臓病を患う57歳の患者、デビッド・ベネットさんが豚の心臓移植を受けた。彼はまた、豚の心臓移植を受けた歴史上初の患者でもありました。このドナー豚は決して単純なものではありません。ゲノムには10個の遺伝子改変がある。さらに、治療チームは実験段階の新しい拒絶反応抑制薬も使用しました。残念なことに、この画期的な作戦は2か月後にベネットの死により一時的に終了した。

異種移植を利用するというアイデアが生まれて以来、科学者たちは2つの困難に直面してきました。拒絶反応をどうやって克服するか？臓器を人間に適した大きさに保つにはどうすればいいのでしょうか?科学技術の発展により、科学者たちは遺伝子編集技術を使っていくつかの答えを見つけた。彼らは、臓器拒絶反応をすぐに引き起こす3つの豚の遺伝子と成長を制御する遺伝子を排除し、6つのヒトゲノム遺伝子を追加して、豚の心臓のヒト免疫システムに対する耐性を高めた。

遺伝子編集は、無敵のように思える「鋭いナイフ」です。しかし、「ゴルディアスの結び目を解く」ことで本当にすべての問題が解決できるのでしょうか?実際には、実際の状況ははるかに複雑です。

成長ホルモンを例に挙げてみましょう。成長ホルモンは成長を調節するだけでなく、人間の心臓の正常な形態と機能を維持することにも重要な影響を及ぼします。言うまでもなく、もし子供に移植が必要になった場合、豚の心臓を必要な大きさだけ成長させる方法はあるのでしょうか?ミニブタの出現は私たちに希望を与えました。

さらに、豚の心臓移植においてはウイルス感染が依然として深刻な懸念事項となっています。研究者たちはレトロウイルスを伝染させない豚を作り出す遺伝子工学的方法を見つけようと取り組んでいるが、この分野は依然として大きな課題に直面している。ウイルス感染は異種移植が失敗する主な原因の一つとなっており、この問題を完全に解決するにはまだ長い道のりがあり、より徹底した研究開発が必要であることを意味します。遺伝子編集などの技術は私たちにいくらかの希望をもたらしましたが、異種移植を成功させるにはさらなる研究開発が必要です。異種移植が将来的にさらに安全で効果的な治療選択肢となるよう、ウイルス感染の問題に取り組むことに重点を置く必要があります。

メリーランド大学医学部の医師らが豚の心臓移植手術を行っている。インターネットからの画像

しかし、適切な移植心臓を待つのは長いプロセスです。サイズや血液型の要件を満たすことに加え、ドナーへの感染を防ぐことも必要です。では、同種心臓以外に、ドナーの厳しい制約を緩和する方法はあるのでしょうか? 3D プリント技術の出現により、この質問に答えるためのいくつかのアイデアが生まれました。

2019年、イスラエルのテルアビブ大学の研究者らは、細胞と血管を備えた世界初の3Dプリント心臓を作成した。研究者らはまず患者から脂肪組織を採取し、その中の細胞と非細胞性物質を分離した。分離された細胞はその後、筋芽細胞や血管を生成できる細胞に分化され、特殊な印刷材料と混合されて3D印刷に適した「バイオインク」が作られました。最終的に、患者に適した心臓組織が印刷されました。 3Dプリント心臓移植では患者自身の心臓に適合する人工心臓を作成できるため、心臓移植手術の成功率と生存率を向上させることができます。また、ドナー心臓の不足や拒絶反応などの問題を回避できるため、患者の生存率と回復の質が向上します。

他の従来の移植技術と比較して、3Dプリントはいつでもカスタマイズできるだけでなく、死に瀕した患者が「致命的な部分」を待つ必要がなくなるだけでなく、3Dプリントに必要な材料は患者自身の組織や細胞から得られるため、同種移植や異種移植によって引き起こされる免疫拒絶反応を防ぐことができます。もちろん、細胞を増殖させて人間の心臓に適合させる方法など、現在の 3D プリント心臓技術にはまだ研究の余地があります。今後の研究では、3D心臓プリント技術が臨床的に利用できるようになると考えられています。

3Dプリントされた心臓インターネットからの画像

新しい心臓を必要とする患者にとって、心臓移植は緊急の問題です。科学技術の継続的な発展により、新しい技術と新しいソリューションが次々と生まれています。心臓移植も、当初の同種移植から異種移植、そして 3D プリント心臓移植へと発展してきました。この新しい技術は患者に希望の光をもたらします。今後、患者さんにとって有益な技術が徐々に登場してくると信じています。その時までには、テクノロジーがドナー制限の壁を打ち破り、すべての患者が公平に「新しい心臓印象」を受ける権利を持つようになるでしょう。