幹細胞株

アカゲザルの細胞約10万個を類似性に基づいて分類したもの。それぞれの色は異なる組織の細胞を示しており、例えば胸腺とリンパ節（青）、骨髄（赤）、血液（白）、扁桃腺（黄）、腸（茶）、脳（灰色）、肝臓（緑）、脾臓（紫）、肺（ピンク）。

幹細胞株とは、体外で培養され、無限に増殖できる幹細胞の集合体です。幹細胞株は動物またはヒトの組織に由来し、胚性幹細胞、成体幹細胞、人工多能性幹細胞の3つの供給源のいずれかに由来します。研究や再生医療において広く利用されています。

プロパティ

定義上、幹細胞は2つの特性を持つ。(1) 自己複製能、つまり未分化状態のまま無限に分裂できること。(2)多能性、つまり分化して特定の細胞種を形成できること。幹細胞の自己複製能により、幹細胞株は体外培養で無期限に培養することができる。

幹細胞株は、 HeLa細胞株などの不死化細胞株とは明確に異なります。幹細胞は本来の性質により培養下で無限に増殖できますが、不死化細胞は通常は無限に分裂することはできませんが、突然変異によってその能力を獲得しています。不死化細胞株は、腫瘍から単離された細胞から作製することも、突然変異を導入して細胞を不死化させることもできます。[ 1 ]

幹細胞株は初代細胞とも異なります。初代細胞とは、分離後すぐに使用される細胞です。初代細胞は無限に分裂することができないため、体外で長期間培養することはできません。

導出の種類と方法

胚性幹細胞株

胚性幹細胞株は、着床前の初期段階である胚盤胞の内部細胞塊から作製される。[ 2 ] ヒトでは、胚盤胞期は受精後4～5日で起こる。胚性幹細胞株を作製するには、胚盤胞から内部細胞塊を摘出し、栄養外胚葉から分離し、体外の支持細胞層上で培養する。ヒト胚性幹細胞株の作製には、体外受精（IVF）で残った胚が用いられる。この過程で胚盤胞が破壊されるという事実は、論争と倫理的懸念を引き起こしている。

胚性幹細胞は多能性を有し、体内のすべての細胞種に分化することができます。試験管内では、胚性幹細胞は特定の条件下で培養することで多能性状態を維持することも、生化学的および物理的な刺激によって異なる細胞種に分化させることもできます。

成体幹細胞株

成体幹細胞は、少年または成人の組織に存在します。成体幹細胞は多分化能があり、限られた数の分化細胞タイプを生成することができます（多能性胚性幹細胞とは異なります）。成体幹細胞の種類には、造血幹細胞と間葉系幹細胞があります。造血幹細胞は骨髄に存在し、免疫系のすべての細胞、すべての血液細胞タイプを生成します。間葉系幹細胞は臍帯血、羊水、脂肪組織に存在し、骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞など、多くの細胞タイプを生成することができます。医学では、成体幹細胞は主に骨髄移植で使用され、多くの骨がんや血液がん、および一部の自己免疫疾患を治療します。[ 3 ]（造血幹細胞移植を参照）

分離・同定に成功している成体幹細胞の種類のうち、長期間培養に成功しているのは間葉系幹細胞のみです。造血幹細胞など、他の種類の成体幹細胞は、体外での増殖・増殖が困難です。[ 4 ] 造血幹細胞を体外で維持する方法の特定は、現在活発な研究分野です。したがって、間葉系幹細胞株は存在しますが、体外で増殖する他の種類の成体幹細胞は、初代​​培養細胞として分類するのが適切です。

人工多能性幹細胞（iPSC）株

人工多能性幹細胞（iPSC）株は、成体細胞／体細胞から作製された多能性幹細胞です。iPSCの作製法は2006年に山中伸弥教授の研究室によって開発され、同教授の研究グループは、4つの特定の遺伝子を導入することで体細胞を多能性幹細胞の状態に戻すことができることを実証しました。[ 5 ]

胚性幹細胞株と比較すると、iPSC細胞株も多能性を有していますが、ヒト胚を使わずに作製できるため、倫理的な懸念が生じています。さらに、患者特異的iPSC細胞株、つまり個々の個体と遺伝的に一致する細胞株を作製することも可能です。患者特異的iPSC細胞株は、疾患研究[ 6 ] や患者特異的な治療法の開発を目的として作製されています。

培養方法

幹細胞株は、インキュベータ内で特定の温度および大気条件（37℃、5% CO2）で培養・維持されます。細胞増殖培地や細胞を培養する表面などの培養条件は、個々の幹細胞株によって大きく異なります。培地には様々な生化学的因子を添加することで、細胞の表現型を制御することができます。例えば、幹細胞を多能性状態に維持したり、特定の細胞型に分化させたりすることができます。

用途

幹細胞株は研究や再生医療に利用されています。幹細胞生物学やヒトの初期発生の研究に活用できます。再生医療の分野では、損傷を受けた細胞や病変のある細胞や組織を置き換える細胞療法において、幹細胞を用いることが提案されています。研究者が幹細胞を用いた治療法の開発に取り組んでいる疾患の例としては、神経変性疾患、糖尿病、脊髄損傷などが挙げられます。

幹細胞の体外培養

幹細胞は、分子レベルでの発達変化を研究するための理想的なin vitroプラットフォームとして利用できる可能性があります。例えば、神経幹細胞（NSC）は、中枢神経系（CNS）細胞の分化と成熟のメカニズムを研究するためのモデルとして用いられてきました。これらの研究は、最適化が可能で、神経変性疾患や脳腫瘍のモデル化にも関連性があるため、近年注目を集めています。[ 7 ]

倫理的問題

ヒト胚性幹細胞株の樹立と利用については、論争が続いている。この論争は、ヒト胚性幹細胞の樹立には、着床前の胚盤胞段階のヒト胚の破壊が必要であるという事実に起因している。胚盤胞段階のヒト胚に与えられるべき道徳的配慮については、幅広い見解がある。[ 8 ] [ 9 ]

ヒト胚性幹細胞株へのアクセス

アメリカ合衆国

アメリカ合衆国では、大統領令13505号により、承認されたヒト胚性幹細胞（hESC）株を用いた研究には連邦政府の資金を使用できるが、新しい細胞株を誘導するためには使用できないと定められた。[ 10 ]国立衛生研究所（NIH）のヒト幹細胞研究に関するガイドラインは、2009年7月7日に発効し、大統領令13505号を実施し、資金提供の承認を得るためにhESC株が満たさなければならない基準を確立した。[ 11 ] NIHヒト胚性幹細胞登録簿はオンラインでアクセスでき、NIHの資金提供の対象となる細胞株に関する最新情報が掲載されている。[ 12 ] 2022年1月現在、承認されている細胞株は486ある。 [ 13 ]

研究によると、承認されたヒトES細胞株は米国で均一に使用されているわけではないことが明らかになっています。細胞バンクのデータや研究者への調査によると、利用可能なヒトES細胞株のうち、研究で日常的に使用されているのはほんの一握りです。科学者がどのヒトES細胞株を使用するかを選択する上で、アクセスと有用性の2つの主要な要因が挙げられます。[ 14 ]

2011年に米国の研究でヒトES細胞株を使用している幹細胞科学者を対象に行われた調査では、回答者の54%が2つ以下の株を使用し、75%が3つ以下の株を使用していることがわかりました。[ 15 ]

別の研究では、米国最大の細胞株保管機関である国立幹細胞バンク（NSCB）とハーバード幹細胞研究所（HSCI、マサチューセッツ州ケンブリッジ）に対し、1999年3月から2008年12月までの期間（NSCBの場合）と2004年4月から2008年12月までの期間（HSCIの場合）に、細胞株の要求が満たされたかどうかを追跡した。[ 16 ] NSCBの場合、承認された21の細胞株のうち、77%の要求が2つの細胞株（H1とH9）に対するものであった。HSCIの場合、複数回要求された17の細胞株のうち、24.7%の要求が最も頻繁に要求された2つの細胞株に対するものであった。

参照

参考文献

  1. ^ Irfan Magsood, M; MM; Bahrami, AR; Ghasroldasht, MM (2013). 「細胞株の不死化：確立の課題と利点」. Cell Biology International . 37 (10): 1038– 1045. doi : 10.1002/cbin.10137 . PMID  23723166. S2CID  14777249 .
  2. ^ Thomson, JA; Itskovitz-Eldor J; Shapiro SS; Waknitz MA; Swiergiel JJ; Marshall VS; Jones JM (1998年11月6日). 「ヒト胚盤胞由来の胚性幹細胞株」. Science . 282 (5391): 1145– 1147. Bibcode : 1998Sci...282.1145T . doi : 10.1126/science.282.5391.1145 . PMID 9804556 . 
  3. ^ 「幹細胞の基礎」国立衛生研究所。2013年1月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2023年7月15日閲覧。
  4. ^ Walasek, MA; van Os R; de Haan G (2012年8月). 「造血幹細胞の増殖：課題と機会」. Ann NY Acad Sci . 1266 (1): 138– 150. Bibcode : 2012NYASA1266..138W . doi : 10.1111/j.1749-6632.2012.06549.x . PMID 22901265. S2CID 31893094 .  
  5. ^高橋克俊、山中伸弥（2006年8月25日）. 「特定の因子によるマウス胚および成体線維芽細胞培養からの多能性幹細胞の誘導」 . Cell . 126 (4): 663– 676. doi : 10.1016/j.cell.2006.07.024 . hdl : 2433/159777 . PMID 16904174 . 
  6. ^ Park, IH; Arora, N; Huo, H; Maherali, N; Ahfeldt, T; Shimamura, A; Lensch, MW; Cowan, C; Hochedlinger, K; Daley, GQ (2008年9月5日). 「疾患特異的な誘導性多能性幹細胞」 . Cell . 134 ( 5): 877– 886. doi : 10.1016/j.cell.2008.07.041 . PMC 2633781. PMID 18691744 .  
  7. ^ Ruiz-Lozano, Pilar; Rajan, Prithi (2007). 「幹細胞を用いた疾患のin vitroモデル」 . Current Stem Cell Research & Therapy . 2 (4): 280– 292. doi : 10.2174/157488807782793772 . PMID 18220912 . 
  8. ^ George, Robert P; Alfonso Gomez-Lobo (2005). 「ヒト胎児の道徳的地位」. Perspectives in Biology and Medicine . 48 (2): 201– 210. doi : 10.1353/pbm.2005.0052 . PMID 15834193. S2CID 523989 .  
  9. ^コーエン、シンシア・B（2007年6月25日）『生命の源を再生する：幹細胞、倫理、そして公共政策』オックスフォード大学出版局、ISBN 9780195305241。
  10. ^ 「大統領令：ヒト幹細胞に関する責任ある科学研究への障壁の撤廃」 whitehouse.gov 2009年3月9日 –国立公文書館経由。
  11. ^ 「国立衛生研究所のヒト幹細胞研究に関するガイドライン」 。 2014年4月24日閲覧。
  12. ^ 「NIHヒト胚性幹細胞登録簿」 。 2017年3月1日閲覧。
  13. ^ 「NIHヒト胚性幹細胞登録簿」 。 2022年2月10日閲覧。
  14. ^ Levine, Aaron D (2011年12月). 「ヒト胚性幹細胞株へのアクセス」. Nature Biotechnology . 29 (12): 1079– 1081. doi : 10.1038/nbt.2029 . PMID 22158357. S2CID 13518962 .  
  15. ^ Levine, Aaron D (2011年12月). 「ヒト胚性幹細胞株へのアクセス」. Nature Biotechnology . 29 (12): 1079– 1081. doi : 10.1038/nbt.2029 . PMID 22158357. S2CID 13518962 .  
  16. ^ Christopher, Thomas Scott; Jennifer B. McCormick; Jason Owen-Smith (2009年8月). 「そして2つになった：ヒトES細胞株の利用」 . Nature Biotechnology 27 ( 8): 696– 697. doi : 10.1038/nbt0809-696 . PMC 3933366. PMID 19668169 .  
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