失明、パーキンソン病、心臓病の治療...これらの幹細胞は本当にそれほど強力なのでしょうか?

著者: 朱潔英 (中国科学院広州生物医学衛生研究所)

この記事はサイエンスアカデミー公式アカウント（ID: kexuedayuan）から引用したものです。

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2019年、日本の大阪大学の眼科医である西田幸治氏は40代の女性に手術を行い、損傷した角膜に角膜幹細胞を移植した。現在、手術から1か月が経過したが、患者の角膜は依然として透明で視力も改善しており、すでに本や新聞を読むことができる。

日本の大阪大学の眼科医、西田幸治氏（写真提供：西田幸治氏の個人ウェブサイト）

今回奇跡を起こしたのは人工多能性幹細胞（iPSC）だ。患者の視力はどうやって回復するのでしょうか?現在、このタイプの幹細胞には他にどのような用途がありますか?

角膜移植 → 角膜幹細胞移植

角膜は目の前にある虹彩と瞳孔を覆う透明な構造です。通常の状況では、角膜幹細胞が存在し、必要に応じて角膜を再生・修復し、角膜を透明に保ち、光が透過できるようにします。これらの角膜幹細胞が損傷し、角膜を維持できなくなると、視力障害や失明につながる可能性があります。西田氏のこの新技術が登場する前は、角膜損傷患者は、長くて苦痛を伴うプロセスである角膜移植を受動的に待つことしかできませんでした。平均すると、70 人の患者のうち 1 人だけが新しい角膜を得ることができました。幹細胞技術は彼らの一部に明るい希望をもたらしました。

角膜（画像提供：Nature News）

動物実験の成功に基づき、厚生労働省は西田氏らによる角膜修復手術４件を承認した。西田らが行った研究は注目すべきものである。移植されたのは角膜ではなく、角膜幹細胞でした。この技術は角膜幹細胞が欠乏している患者にのみ適しています。最近手術を受けたこの女性は、角膜輪部幹細胞欠損症（LSCD）を患っている。これは遺伝性の疾患で、角膜内の幹細胞の数が減少し、角膜が乾燥して白くなり、視力が低下し、最終的には失明に至る。

研究者らはiPS細胞を角膜幹細胞の薄い層に培養し、それを患者の角膜に移植した。これらの角膜幹細胞は、休止状態の幹細胞状態を維持し、器官（角膜）のバランスを維持するために分化した子孫を生成するために、自己再生能力を持っている必要があります。この臨床試験が長期的な成功を収められるかどうかは、LSCD 患者の角膜輪部間質に正常な機能的ニッチが存在するかどうかにも左右されます。

西田氏によれば、今年後半に2回目の手術を実施し、今後5年以内により多くの人々がこの手術を受けられるようにする予定だという。この方法が臨床応用されれば、角膜移植の不足をある程度緩和できるだろう。

iPS細胞はパーキンソン病、脊髄損傷、心臓病などの治療に役立っています。

人工多能性幹細胞技術とは、体細胞を再プログラム化することで多能性幹細胞に誘導する技術を指します。 2006年に京都大学の山中伸弥教授によって初めて発見されました。iPS細胞は、形態、遺伝子およびタンパク質の発現、エピジェネティックな修飾状態、細胞増殖能力、胚様体および奇形腫の生成能力、分化能力の点で胚性幹細胞に類似しています。山中氏は2012年に英国のジョン・B・ガードン卿とともにノーベル医学・生理学賞も受賞した。

iPS細胞の誘導プロセス

日本の京都大学の幹細胞科学者、山中伸弥氏（写真出典：https://hot-fashion.click/wp-content/uploads/2015/10/山中申弥.jpg）

iPS技術は胚や卵子を使用しないため、倫理的な問題はありません。患者自身の体細胞から特定の幹細胞を調製することで、免疫拒絶の可能性を大幅に減らすことができます。 iPS技術の出現は幹細胞、エピジェネティクス、バイオメディカルの分野で大きな反響を呼び、多能性の制御メカニズムに対する新たな理解をもたらし、幹細胞と臨床疾患治療の距離をさらに縮めました。 iPS 技術は、細胞置換療法、病因研究、新薬スクリーニング、神経疾患や心血管疾患などの臨床疾患の治療において大きな潜在的価値を持っています。

iPS細胞の臨床応用の探求において日本は常に世界の最先端を走っており、世界で初めての臨床応用も日本で行われました。理化学研究所発生・再生科学総合研究センターの幹細胞研究者、高橋政代氏は2014年、高齢者の失明の原因となる眼疾患である加齢黄斑変性症の治療のため、iPS細胞由来の網膜色素上皮細胞を70代の女性に移植した。

神戸市の発生生物学センター（cdb）の眼科医、高橋正代氏（画像出典：Nature News）

2018年、高橋正彦氏の夫で京都大学の幹細胞科学者高橋淳氏が率いる実験チームは、iPS細胞から変換した神経前駆細胞をパーキンソン病患者の脳に初めて移植した。これらの細胞は神経伝達物質ドーパミンを産生することができる[3]。 2019年2月、日本の厚生労働省は脊髄損傷の治療にiPS細胞を利用する研究を承認した。東京の慶応大学の幹細胞科学者、岡野栄之氏は、iPS細胞を神経前駆細胞に誘導し、脊髄損傷の患者に注入する予定だ。研究チームは4人を対象に実験的治療を行い、その結果に基づいてより大規模な臨床試験を開始するかどうかを決定する予定である[4]。

東京の慶応大学の幹細胞科学者、岡野秀行氏

中国の科学者もこの分野で行動を起こしている。米国臨床試験データベースの登録情報によると、中国では2つのiPS臨床試験が実施されている。1つは南京大学医学部付属南京鼓楼病院と南京医科大学第一付属病院が実施するもので、慢性虚血性心筋症患者の冠動脈バイパス手術中にiPS由来心筋細胞を心筋内移植に用いる[5]。もう1つは北京中医薬大学と傘下の孫思邊病院が実施する研究で、iPS細胞から分化させた心筋細胞を移植し、冠状動脈疾患、拡張型心筋症、克山病の治療に用いる予定である[6]。

しかし、大規模な臨床応用はまだ待たなければなりません。

これまで数多くの臨床試験が行われてきましたが、iPS細胞が短期間で大規模に臨床使用されることを期待するのは非現実的です。科学的発見を臨床や商業への応用に移すには通常約 20 年かかり、iPS 細胞の応用もほぼ同じ軌跡をたどることになります。

iPS 細胞の発見から 10 年以上経った今でも、研究者たちは再プログラミングがどのように起こるのかを完全には理解していません。遺伝的背景や遺伝子発現の違いにより、患者由来の iPS 細胞と健常者由来の iPS 細胞は培養中に大きく異なる挙動を示します。すべての細胞株と同様に、iPS 細胞も株ごとに異なるため、実験中は厳密な管理が必要になります。

iPS細胞技術の安全性も管理する必要がある。例えば、高橋正彦氏らが2度目の移植手術の準備を始める前に、山中氏の研究チームは患者のiPS細胞とiPSから分化した網膜色素上皮細胞に2つの小さな遺伝子変異を発見した。これら2つの変異が腫瘍形成に関連しているという証拠はなかったが、山中の提案により実験は中止された[2]。

どのような iPS 細胞療法でも、適切な細胞タイプを十分な量と十分な純度で作成するための適切な方法を見つけるには何年もかかります。研究者は粘り強く忍耐強く取り組まなければならず、製薬業界と政府からの強力な支援が必要です。

つまり、iPS細胞は魔法ではないのです。他の新しい技術と同様に、臨床応用されて人類に利益をもたらすまでには、まだ多くの時間とフォローアップ研究が必要です。

それで...今、「xx 病に対する幹細胞治療」と聞いたら、注意してください!

参考文献:

1. 女性が「再プログラムされた」幹細胞から作られた角膜を移植される最初の女性 2019年9月2日

https://www.nature.com/articles/d41586-019-02597-2

2.日本人女性が次世代幹細胞の初の受領者となる 2014年9月12日

https://www.nature.com/news/japanese-women-is-first-recipient-of-next-generation-stem-cells-1.15915

3. パーキンソン病患者に「再プログラムされた」幹細胞を移植 2018年11月14日

https://www.nature.com/articles/d41586-018-07407-9

4.22 2019年2月

脊髄損傷の治療に初めて「再プログラムされた」幹細胞が使用される https://www.nature.com/articles/d41586-019-00656-2

5.https://www.clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03759405?term=ips+cells&cntry=CN&rank=2

6.https://www.clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03759405?term=ips+cells&cntry=CN&rank=2

ウー・リン、欧陽昭輝、曹淑超、イー・デリアン、孫少雪、劉霞。 （2005年）。ラマン分光法の応用と研究の進歩。光散乱ジャーナル、180-186。