『幹細胞』（2021年）は、幹細胞の入門書です。科学者による幹細胞の利用方法、現在存在する治療法、そして近い将来に期待されることを解説します。主に幹細胞の医学的・科学的側面に焦点を当て、倫理的・政治的・法的側面については簡単に触れるのみです。この「非常に短い入門」は、あらゆる分野の多様なテーマを扱う650冊以上からなる入門シリーズの1冊です。
幹細胞の科学──あなたが知りたかったすべて
私たちは皆、いつかは老いて死を迎えます。それは避けられないことです。しかし、その過程で、加齢に伴う障害や病気をできるだけ避けられたら理想的ではないでしょうか。アルツハイマー病や脳卒中といった疾患は人生を一変させうるもので、自分や大切な人が苦しんでいれば、「奇跡の治療」を望むのは自然なことです。
しかし、多くの人が、幹細胞治療という形でその「奇跡」はすでに存在していると主張します。その結果、膨大な研究と巨額の資金がこの分野に注ぎ込まれています。しかし、それは本当に期待に値するのでしょうか。ジョナサン・スラック著『幹細胞』のこの要約では、医学用語や専門的な内容は最小限に抑えています。代わりに、幹細胞とは何か、現在の幹細胞治療の限界、そして将来の治療の可能性に焦点を当て、この複雑な科学の真実に迫ります。この要約では、以下のこともご紹介します。
- 胚性幹細胞が組織培養の中にしか存在しない理由
- 「胎動（クイックニング）」が何を指すのか
- 多能性幹細胞と組織特異的幹細胞の違い
幹細胞とは
幹細胞とは正確には何なのかという話に入る前に、基本から始めましょう。細胞は直径わずか0.02mm程度で、あらゆる動植物の基本的な構成単位です。人間の体には、見た目で区別できる約200種類の細胞があります。
そのほとんどは分化細胞として知られています。つまり、特定の機能を持ち、顕微鏡下での外見から明確に識別できる細胞です。代表的な例としては、肝細胞、脳細胞、心筋細胞などがあります。一方で未分化細胞もあります。これらはより一般的な外見をしています。しかし、外見は時に惑わせます。これらの細胞の一部も、特定の機能を果たすために特殊化していることがあるのです。
例えば、未分化細胞は胚の中にも存在し、胚の成長に伴って分化細胞へと発達します。残念ながら、一部のがんにも存在し、その無制限な増殖能力は深刻な問題を引き起こします。未分化細胞のすべてではありませんが、一部の細胞が私たちの知る幹細胞です。幹細胞の決定的な特徴は、自己複製ができること、そして分化細胞へと変わる子孫を生み出せることです。幹細胞は通常、生物の一生を通じて存在し、皮膚や血液、腸の内壁などに生息しています。これらの細胞を詳しく見るために、皮膚に注目してみましょう。
皮膚の最上層である表皮は、ケラチノサイトと呼ばれる細胞でできています。1日の間に、これらの細胞は剥がれ落ちていきます。そのため、皮膚を維持するために、皮膚の基底層に存在する幹細胞が新しい細胞を作り出します。これらの細胞の一部は新しい幹細胞になり、他の細胞は成熟して新しいケラチノサイトへと発達し、古い細胞や損傷した細胞、死んだ細胞を補充します。表皮は再生組織と呼ばれます。継続的に再生されているからです。これらの組織特異的幹細胞がなければ、それは不可能なのです。
現在最も有名な幹細胞は胚性幹細胞、つまりES細胞です。議論を引き起こすのは通常このタイプの幹細胞であり、幹細胞研究と聞いて多くの人が思い浮かべるのもこの細胞です。しかし実際には、ES細胞は自然界には存在しません。科学者によって作り出され、実験室で組織培養としてのみ存在するものです。ES細胞は初期胚の細胞から作られ、際限なく分裂できる分化細胞を生み出す能力を持っています。つまり多能性を持つのです。ES細胞は多用途で、分裂してより多くの幹細胞を作ることも、体内のあらゆる種類の細胞に変化することもできます。
しかし、胚のすべての細胞が幹細胞というわけではありません。胚が成熟すると、その細胞はわずか数日以内に他の細胞型へと発達するため、もはや幹細胞とはみなされません。さて、ここまで多くの情報がありました。ここで第1章を締めくくるために、胚性幹細胞と組織特異的幹細胞の違いを簡単に振り返っておきましょう。
胚性幹細胞は多能性を持ち、体内に見られるあらゆる種類の細胞を作り出すことができます。一方、組織特異的幹細胞は多能性を持たず、その幹細胞が由来する組織の種類の細胞しか作り出せません。次の章では、これらの幹細胞の種類とその応用の可能性についてさらに深く掘り下げていきます。すでに述べたように、胚性幹細胞は通常、最も倫理的・政治的議論を引き起こします。特にヒトES細胞はそうなのです。
胚性幹細胞
幹細胞研究の反対派は、着床前胚には完全な人権が与えられるべきであり、ES細胞を作るためにそれらを使うことは殺人に等しいとしばしば主張します。通常、その根拠は宗教的なものです。例えば、現代のカトリック教徒は、人間の生命は受精の時点で始まると信じています。興味深いことに、これは常にそうだったわけではありません。
中世、カトリック教会は、胎動（クイックニング）の時に魂が胎児に入ると宣言しました。これは母親が初めて胎児の動きを感じる時期で、妊娠18〜24週頃のことです。仏教徒は現代のカトリック教徒と同じ見解ですが、ユダヤ教とイスラム教の教えでは、40日が経過して初めて胚を認めます。ヒンドゥー教徒にとっては、人生の始まりは輪廻転生の時期によって異なり、受胎から7ヶ月の間のどこかということになります。生物医学科学者の見解は多くの点で異なりますが、一般に、人としての性質は徐々に発達していくものであり、着床前胚は人間ではないという点で一致しています。着床前胚はむしろ、細胞培養や組織サンプルに近いものなのです。
1981年、ケンブリッジ大学のマーティン・エヴァンズとマシュー・カウフマン、カリフォルニア大学のゲイル・マーティンが、マウスES細胞を初めて単離しました。ヒトES細胞の単離はその約7年後、ウィスコンシン大学でジェームズ・トムソンがヒト胚から初めて培養したことにより実現しました。しかし、信じがたいかもしれませんが、これまで科学にとって最も重要だったのは、実はマウスES細胞なのです。このマウス細胞は、未分化細胞の塊を含む初期胚であるマウスの胚盤胞に注入することができます。その後、それらは宿主胚と統合し、結果として生まれた子孫は、胚盤胞の段階で注入された遺伝子変異を引き継ぎます。その結果は？
遺伝子改変マウスの系統ができるのです。大したことないと思うでしょうか？ いやいや、実は大したことなのです！ 過去35年にわたる数万匹もの遺伝子改変マウスの研究は、まさにこの技術に基づいて行われてきました。これらのマウスがいなければ、ヒトの疾患に関する多くの研究、正常な遺伝子機能の解明、新薬の試験などは不可能だったでしょう。ヒトES細胞は、胚から作られるという点を含め、マウスES細胞と多くの性質を共有しています。
しかし、大きな違いもいくつかあります。例えば、現在ではナイーブ型とプライム型として知られる2つの多能性細胞状態があることが分かっています。マウスES細胞はナイーブ型であり、ヒトES細胞はプライム型です。科学者たちはなぜそうなのかまだ解明していませんが、遺伝子発現、外見、そして挙動に違いをもたらしています。
ナイーブ型細胞だけが宿主胚に組み込まれることができ、プライム型細胞だけが分化のプロセスを実行できます。では、ヒトES細胞はどのような場面で役立つのでしょうか。科学者たちは主に3つの研究分野でヒトES細胞を使用しています。正常なヒトの発達、遺伝性疾患の細胞病理学、そして創薬スクリーニングです。創薬スクリーニングは動物実験の必要性をなくす可能性があります。
多能性幹細胞と治療の可能性
1997年、イアン・ウィルムットはスコットランドのエディンバラ近郊にあるロスリン研究所で研究していました。彼は羊の組織培養細胞から核を取り出し、雌羊の除核卵母細胞に移植しました。その後、出来上がった胚を別の羊の子宮に移し、その羊が代理母となりました。約22週間後、生まれた子羊は史上初のクローン哺乳類、ドリーとなりました。
実際には、クローン技術の成功はドリーよりずっと前からありました。19世紀後半までに、科学者たちはカエルやウニのクローンを作り出すことに成功していました。クローンとは、遺伝的に同一のコピーを作ることです。今日では、ごく一般的な手技であり、世界中のあらゆる生物医学研究室でほぼ毎日行われています。しかし、ここで話題にしているクローンは、動物全体のクローンほど劇的なものではありません。細胞のコロニーを育て、各細胞が元の細胞と遺伝的に同一であるようにするものです。人間のクローンを作ることは悪い考えだというのが多くの人の一致した意見です。
しかし、体細胞核移植（ドリーとなる胚の作製に使われたプロセス）を使えば、治療的クローニングの供給源としてES細胞株を樹立することが可能です。これは簡単なことではありません。2013年に初めて成功しましたが、それ以来、いくつかの研究室でしか再現されていません。問題のひとつはヒト卵母細胞の入手です。これは女性ボランティアから外科的に採取する必要があり、負担が大きくリスクを伴う処置です。さらに、再構築された卵のごく一部しかES細胞株へと順調に発達しません。2006年、京都大学の山中伸弥は、ES細胞に似た細胞をより簡単に作製できる新しい方法論を発見しました。それは人工多能性幹細胞、すなわちiPS細胞と呼ばれるものです。
その1年後には、ヒトiPS細胞が作製されるようになりました。現在では、簡単な血液サンプルから採取した白血球を使って作ることができます。iPS細胞は患者特異的です。そのため、分化細胞はドナーと免疫学的に一致します。つまり、これらの細胞を患者に移植し戻す場合、免疫抑制剤は必要ありません。ただし現時点では、生産コストが高すぎて、この治療法は実用化できていません。
代わりに、iPS細胞株のバンクが作られつつあります。大多数の人が移植に適した適合を見つけられ、最小限の免疫抑制で済むようにとの期待からです。他の解決策の研究も進行中です。あらゆる治療法の中で、網膜変性の治療が最も成功しており、将来への期待も最も高まっています。65歳以上の約10パーセントが、目の網膜中心部にある加齢黄斑変性（ARMD）をある程度経験します。重症例では中心視力の喪失が特徴で、読書や顔の認識ができなくなります。2011年から複数の国で実施された臨床試験では、網膜下への移植は副作用が少なく、免疫抑制もほとんど必要ないことが示されています。
ほとんどの治療で視力の改善が見られています。ARMDの有病率が高いことと治療が比較的簡単であることから、この治療法は将来、より頻繁に使用される可能性が高いです。同様の多能性細胞療法は、1型糖尿病、パーキンソン病、心臓病、さらには脊髄損傷の治療にも開発中です。ただし、これまでの研究結果はさまざまです。私たちの体は常に細胞を交換しています。細胞は死に、新しい細胞がそれに取って代わるのです。
組織特異的幹細胞と治療の可能性
しかし、すべての細胞が同じようにこれを行うわけではありません。分裂終了細胞として知られる一部の細胞は、もはや二度と分裂しません。例としてはニューロンや筋繊維があります。拡大細胞として知られる他の細胞は、幼少期にのみ分裂し、成長が止まると分裂も止まります。
これには結合組織や、肝臓、腎臓、甲状腺などの多くの臓器の細胞が含まれます。そしてさらに、再生細胞として知られる細胞があります。これらは自分が存在する組織を継続的に置き換え、古い細胞の死と正確に同期して新しい細胞を生み出します。再生細胞は生物の一生を通じて存続します。ヒトでは、表皮のほか、腸、精巣、そして骨髄の造血系（血液細胞と免疫系の細胞の両方を生み出す役割を担う）に見られます。毎年、世界中で5万件以上の造血幹細胞移植（HSCT）が実施されています。これは現在行われている幹細胞治療の中で間違いなく最も重要なものです。
「骨髄移植」としてよく知られるこの治療法ですが、現在ではHSCTという用語が好まれています。臍帯など他の供給源からの血液形成細胞を使う移植も含むからです。主な用途は白血病とリンパ腫の治療です。HSCTは鎌状赤血球症や一群のヘモグロビン異常症など、一部の遺伝性血液疾患の治療にも使われてきました。他の既存の治療法も組織特異的幹細胞に依存しています。例えば、培養した表皮を使って重度の火傷を治療したり、角膜の幹細胞を使って目の病気や損傷を治療したりすることが可能です。20世紀から21世紀にかけての医学の進歩には、誰もが感謝できるでしょう。
現実的な将来への期待
しかし未来の世代は、私たちを信じられない思いで振り返るかもしれません。私たちが生きているのは、脊髄損傷が完全な麻痺につながり、失われた手足は再生できず、心不全やがんが死に至る時代なのです。2000年代に治療の約束をめぐる誇大宣伝が起きたのは、ヒト胚性幹細胞をめぐる論争が一因でした。多くの政治家もまた、幹細胞治療が経済の失敗から彼らを救う「次の大きな潮流」になると信じていました。しかし科学者たちは治療についてはあまり楽観的ではありません。彼らは胚発生の研究や創薬スクリーニングにこそ、より多くの価値を見出しているのです。
将来について考えるとき、造血幹細胞移植（HSCT）の歴史からいくつかの教訓を引き出すことができます。この物語は、アナリストが事前に予測できなかったものです。まず、この分野の研究が始まった1950年代には、造血系についてほとんど知られていませんでした。造血幹細胞がマウスでようやく単離されたのは1988年、そしてヒトで単離されるまでにはさらに数年かかりました。白血病などの治癒率が向上したにもかかわらず、この治療は非常に侵襲的で、死亡率も高いものです。つまり、リスクを正当化できない他の多くの疾患の治療には適していません。さらに、HSCT治療の費用は法外に高く、米国では60万ドル以上、ドイツでは20万ユーロ以上かかります。
後知恵という利点を持ってこれらすべてを振り返ると、造血系に関する知識は研究の結果としてのみ獲得されたことがわかります。多くの発見には商業的価値の可能性がありませんでした。商業的価値があったものも、開発の過程で破棄されました。生物学の理解と新しい治療法の実用化の間には長い遅れがありました。HSCTの場合、約20年かかりました。現在の規制の下では、おそらくもっと長くなるでしょう。
遺伝子操作と細胞操作は、将来大きな革新をもたらすでしょう。今後10年間だけでも、幹細胞治療にはいくつかの進歩があると考えられます。細胞移植片によって、目の加齢黄斑変性、パーキンソン病のためのドーパミン作動性ニューロン、損傷した心臓を修復する心筋細胞を治療できるようになるかもしれません。膵臓β細胞の移植による1型糖尿病の治療も実現可能になるかもしれません。脊髄外傷による麻痺の回復も見られるかもしれません。
幹細胞生物学には計り知れない可能性があります。しかし、その未来を予測することは困難です。生物医学科学者たちは、いつか失われた手足を再生できるようになり、糖尿病やがん、心不全の治療法も必ず見つかると信じています。しかし、これらの成果に向けた進歩はおそらくゆっくりしたものであり、さらに多くの研究が必要となるでしょう。
まとめ
ジョナサン・スラック著『幹細胞』の要約をお読みいただきました。 重要なポイントは次のとおりです。幹細胞には、胚性幹細胞と組織特異的幹細胞など、異なる種類があります。 それらは、世界で最も治療困難な疾患のいくつかを治療するために、さまざまな応用、治療、治験で使われています。 幹細胞研究の分野では多くの有望な研究が行われていますが、進歩は遅いものです。
実践的なアドバイスをひとつ：懐疑的であり続けましょう。 新たに得た知識を武器に、民間の幹細胞クリニックが宣伝する「奇跡の治療」には懐疑的でいてください。幹細胞研究に関して政治やビジネスの場で影響力を持っているなら、今後数十年の資金調達と規制に関して賢明な決定を促しましょう。幹細胞はいつの日か、待ち望まれた奇跡の治療をもたらすかもしれません。しかし、その道のりはまだ長いのです。
