再生医療

ヒト胚性幹細胞のコロニー

再生医療は、「ヒトまたは動物の細胞、組織、または臓器を置換、改変、または再生し、正常な機能を回復または確立するプロセス」を扱っています。[ 1 ]この分野は、身体自身の修復機構を刺激することで、損傷した組織や臓器を改変し、以前は修復不可能だった組織や臓器を機能的に治癒できる可能性を秘めています。[ 2 ]

再生医療には、実験室で組織や臓器を培養し、身体が自己治癒できない場合に移植するという可能性も含まれています。再生臓器の細胞源が患者自身の組織または細胞から得られる場合、[ 3 ]免疫学的不適合による臓器移植拒絶反応の課題は回避されます。[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]このアプローチは、提供可能な臓器の不足という問題を緩和する可能性があります。

再生医療分野における生物医学的アプローチには、幹細胞の利用が含まれる場合がある。[ 7 ]例としては、誘導分化によって得られた幹細胞または前駆細胞の注入（細胞療法）、生物学的に活性な分子を単独で投与するか、注入された細胞からの分泌物として投与することによる再生の誘導（免疫調節療法）、および体外培養された臓器や組織の移植（組織工学）が挙げられる。[ 8 ] [ 9 ]

歴史

古代ギリシャ人は紀元前700年代に、体の一部を再生できるのではないかと仮説を立てていました。[ 10 ] 19世紀後半に発明された皮膚移植は、体組織を再生し、構造と機能を回復させる最初の主要な試みと言えるでしょう。[ 11 ] 20世紀における体部位移植の進歩は、体部位が再生し、新しい細胞を増殖できるという理論をさらに推し進めました。これらの進歩は組織工学につながり、この分野から再生医療の研究が拡大し、定着し始めました。[ 10 ]これは細胞療法から始まり、今日広く行われている幹細胞研究につながりました。[ 12 ]

最初の細胞療法は老化を遅らせることを目的としていました。これは1930年代に、スイス人医師のポール・ニーハンスによって始まりました。彼は、ローマ教皇ピウス12世、チャールズ・チャップリン、サウジアラビアのイブン・サウード国王といった歴史上の有名人を治療したことで知られています。ニーハンスは、若い動物（通常は子羊や子牛）の細胞を患者に注入して若返りを図りました。[ 13 ] [ 14 ] 1956年には、健康な人の骨髄を白血病患者に移植するという、より洗練された白血病治療方法が開発されました。この方法がうまくいったのは、主にドナーとレシピエントが一卵性双生児だったためです。今日では、拒絶反応を防ぐために、細胞を必要とする患者と十分に類似した人から骨髄を採取することができます。[ 15 ]

「再生医療」という用語は、1992年にリーランド・カイザーが病院管理に関する論文で初めて使用されました。カイザーの論文は、病院に影響を与えるであろう将来の技術に関する一連の短い段落で締めくくられています。ある段落では「再生医療」が太字でタイトルに使われ、「慢性疾患の経過を変えようと試みる新たな医療分野が発展し、多くの場合、疲弊し機能不全に陥った臓器系を再生させるだろう」と述べられています。[ 16 ] [ 17 ]

この用語は、1999年にウィリアム・A・ヘイゼルティンがコモ湖で開催された会議中に造語し、病気や外傷、あるいは経年劣化によって損傷した機能を正常に戻す介入を説明する際に広く使われるようになりました。[ 18 ]ヘイゼルティンは、ジェロン社がウィスコンシン大学マディソン校およびジョンズ・ホプキンス大学医学部の研究者と共同で実施しているヒト胚性幹細胞と胚性生殖細胞を分離するプロジェクトについて説明を受けました。彼は、これらの細胞が人体のすべての細胞型に分化できるという独自の能力（多能性）が、新しい種類の再生療法に発展する可能性を秘めていることを認識しました。[ 19 ] [ 20 ]このような細胞が可能にする新しい治療法を説明する際に、彼は「再生医療」という用語を今日使われている意味で使用しました。「人間の遺伝子、タンパク質、細胞を用いて、外傷によって損傷した組織、病気によって損傷した組織、または経年劣化した組織を再生、修復、または機械的な代替物として提供する治療法」であり、「老化に関連するものなど、現在では効果的に治療できない病気を治癒する可能性を提供する」ものです。[ 21 ] [ 22 ]

後にヘイゼルティンは、再生医療とは、ほとんどの人が、どんな病気を患っていても、どんな治療が必要であっても、ただ普通の健康状態に戻りたいと願っているという現実を認めるものだ、と説明しました。広く適用されるように設計された当初の定義には、細胞・幹細胞療法、遺伝子治療、組織工学、ゲノム医療、個別化医療、生体力学的補綴物、組換えタンパク質、抗体療法が含まれます。さらに、より馴染みのある化学薬局方、つまり、人を普通の健康状態に回復させるあらゆる介入も含まれます。「再生医療」という用語は、幅広い技術や治療法を簡潔に表すだけでなく、患者にも分かりやすいものです。わかりにくい、あるいは威圧的な言葉遣いが患者の意欲を削ぐという問題を解決します。

再生医療という用語は、幹細胞治療の研究とますます混同されるようになっています。一部の学術プログラムや学部では、本来のより広い定義を維持していますが、他の学部では幹細胞研究の研究を指すためにこの用語を使用しています。[ 23 ]

1995年から1998年にかけて、マイケル・D・ウェスト博士はジェロン社とその学術協力者であるウィスコンシン大学マディソン校のジェームズ・トムソン氏およびジョンズ・ホプキンス大学のジョン・ギアハート氏との間の研究を組織・管理し、それぞれヒト胚性幹細胞とヒト胚性生殖細胞の初めての分離に至った。[ 24 ]

2000年3月、ハゼルティン、アントニー・アタラ医学博士、マイケル・D・ウェスト博士をはじめとする一流研究者らが、E-Biomed: The Journal of Regenerative Medicine（再生医療ジャーナル）を創刊した。[ 25 ]この査読付きジャーナルは、幹細胞療法、遺伝子療法、組織工学、生体力学的補綴に関する革新的な研究を掲載することで、再生医療に関する議論を促進した。後に再生医療・幹細胞生物学学会と改名された再生医療学会も同様の目的を果たし、世界中から志を同じくする専門家のコミュニティを形成した。[ 26 ]

2008 年 6 月、バルセロナ大学バルセロナ・クリニック病院で、パオロ・マッキアリーニ教授と彼のチームが、組織工学による初の気管移植手術を行った。患者の骨髄から成人幹細胞を抽出し、大集団に増殖させてから、もともと変形性関節症の治療のために考案された適応法を用いて軟骨細胞、すなわち軟骨細胞へと成熟させた。次にチームは、新たに増殖した軟骨細胞と上皮細胞を、脳出血で死亡した 51 歳の移植ドナーから提供された脱細胞化（ドナー細胞を含まない）気管切片に播種した。播種から 4 日後、この移植片は患者の左主気管支の代わりに使用された。 1 か月後、生検で局所出血が認められ、血管がすでに正常に再生していることが示された。[ 27 ] [ 28 ]

2009年、SENS財団が設立され、「再生医療（生体細胞と細胞外物質の原位置での修復を含むと定義される）を、老化に伴う疾患や障害に応用すること」を目標としました。[ 29 ] 2012年、パオロ・マッキアリーニ教授と彼のチームは、患者自身の細胞を移植した実験室で作製した気管を移植することで、2008年のインプラントを改良しました。[ 30 ]

2014年9月12日、神戸の生命医科学研究所病院の外科医らは、iPS細胞から誘導分化によって分化した網膜色素上皮細胞の1.3×3.0ミリメートルのシートを、加齢黄斑変性症を患う高齢女性の眼に移植した。[ 31 ]

2016年、パオロ・マッキアリーニはスウェーデンのカロリンスカ大学から、偽造された試験結果と嘘のために解雇された。[ 32 ]スウェーデンのテレビで放映されたテレビ番組「エクスペリメンテン」では、すべての嘘と偽造された結果が詳細に報じられた。[ 33 ]

研究

再生医療研究への関心が高まり、研究資金も投入されたことから、米国および世界各国の機関が再生医療を専門とする部門や研究所を設立した。コロンビア大学リハビリテーション・再生医療学部、スタンフォード大学幹細胞生物学・再生医療研究所、ノースウェスタン大学再生・ナノ医療センター、ウェイクフォレスト再生医療研究所、オックスフォード大学英国心臓財団再生医療センターなどがある。[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]中国では、中国科学院、清華大学、香港中文大学などが再生医療を専門とする研究所を運営している。[ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]

歯科では

人間の歯の図。幹細胞は中央の歯髄に存在します。[ 41 ]

再生医療は、損傷した歯を修復し、自然な構造と機能を取り戻す方法を見つけるために歯科医によって研究されてきました。[ 42 ]歯の組織は虫歯によって損傷することが多く、歯全体を失わないようにするために歯に穴を開けてさらに損傷を与える合成または金属の詰め物や歯冠以外では取り替えがきかないとみなされることがよくあります。

キングス・カレッジ・ロンドンの研究者たちは、歯のエナメル質の下の2番目の層である象牙質を再生する能力があると主張するタイドグルシブと呼ばれる薬を開発しました。象牙質は歯髄（しばしば神経と呼ばれる）を包み保護しています。[ 43 ]

2007年に日本で行われたマウスを用いた動物実験では、歯全体の再生に大きな可能性が示されました。マウスの歯を抜歯し、バイオエンジニアリングされた歯胚の細胞を移植して成長させました。その結果、3層構造と歯根を備えた、完全に機能する健康な歯が誕生しました。また、これらの歯は、歯槽骨に根を張り、自然な移動を可能にするために必要な靭帯も備えていました。これは、顎骨にドリルで穴を開けて埋め込むため、1箇所に限定される従来の歯科インプラントとは対照的です。[ 44 ] [ 45 ]

乳歯には、根管治療や外傷後の歯髄再生に利用できる幹細胞が含まれていることが知られています。また、これらの細胞は、骨の喪失や重度の歯肉退縮を引き起こす進行した歯周病である歯周炎による損傷の修復にも利用できます。これらの幹細胞が完全に新しい歯に成長するのに十分な生存能力があるかどうかについては、現在も研究が続けられています。中には、子どもが大きくなった時に乳歯内の幹細胞を何らかの病気の治療に利用できるかもしれないと考え、乳歯を特別な保管庫に保管する親もいます。[ 46 ] [ 47 ]

細胞外マトリックス

細胞外マトリックス材料は市販されており、再建手術、慢性創傷の治療、一部の整形外科手術に使用されている。2017年1月現在、損傷した心臓組織の修復を目的とした心臓手術への使用に関する臨床研究が進行中である。[ 48 ] [ 49 ]

アイスランドの会社Kereceisは、オメガ3という天然成分を含む魚皮の使用を開発しました。[ 50 ]オメガ3は天然の抗炎症剤であり、魚皮は細胞再生の足場として機能します。[ 51 ] [ 52 ] 2016年に同社の製品であるオメガ3創傷は、慢性創傷と火傷の治療薬としてFDAの承認を受けました。 [ 51 ] 2021年にFDAは、整形手術を含む外科用途でのオメガ3サージバインドの使用を承認しました。 [ 53 ]

臍帯血

血液や免疫疾患以外での臍帯血の用途は推測の域を出ないが、他の分野ではいくつかの研究が行われてきた。[ 54 ]血液や免疫用途以外でのそのような可能性は、臍帯細胞が造血幹細胞（血液細胞にのみ分化可能）であり、多能性幹細胞（あらゆる組織に分化できる胚性幹細胞など）ではないという事実によって制限されている。臍帯血は糖尿病の治療薬として研究されてきた。 [ 55 ]しかし、血液疾患を除き、他の疾患に対する臍帯血の使用は日常的な臨床的手法ではなく、幹細胞コミュニティにとって依然として大きな課題である。[ 54 ] [ 55 ]

臍帯血とともに、ウォートンゼリーと臍帯内層は間葉系幹細胞（MSC）の供給源として研究されており、 [ 56 ] 2015年時点では、心血管疾患、 [ 57 ]神経欠損、肝疾患、免疫系疾患、糖尿病、肺損傷、腎損傷、白血病などを対象に、試験管内実験、動物モデル、初期段階の臨床試験で研究されていました。 [ 58 ]

生体電気

再生医療における発生的生体電気の潜在的な利用は現在活発に調査されており、特に生体電気刺激による将来の臓器や四肢の再生に関心が集まっている。[ 59 ]発生的生体電気とは、興奮性（活動電位を発生できる）組織と非興奮性組織の細胞膜を横切る内因性のイオンの流れと電圧勾配（V mem ）を指し、成長の指示信号となる。イオンチャネルとポンプによって設定されるこれらの生体電気状態は、ギャップ結合結合によって伝播し、化学勾配や物理的力とともに長距離パターン形成回路を形成する。電圧感受性シグナル伝達経路を介して、V memの変化は遺伝子発現と細胞挙動（増殖、移動、分化）を調節し、それによって組織の成長と極性を形成する。[ 60 ]

脊椎動物および無脊椎動物モデルを用いた実験では、生体電気刺激が再生を誘導できることが示されている。アフリカツメガエルのオタマジャクシでは、水素イオンを細胞外に排出するプロトンポンプ（V-ATPase ）の活性化が尾の再生に必要であり、通常は不応期である再生を回復させることができる。一方、成体のゼブラフィッシュでは、同じポンプを阻害すると鰭の再生が阻害される。[ 61 ] [ 62 ]プラナリアでは、短時間の電気的摂動によって尾の断片が頭部（双頭動物を含む）を形成したり、他の種に似た頭部を再生したりすることができる。[ 63 ] [ 64 ]成体のカエルでは、薬剤送達装置「バイオドーム」による24時間の治療で、多組織の修復と機能回復を伴う後肢の長期的な再生が開始された。[ 65 ]

提案されている技術は、イオンチャネルとギャップジャンクションの薬理学的制御、光でV memパターンを書き込むオプトジェネティクスアクチュエータ、および損傷微小環境を調整したり制御された直流電場を適用したりするデバイスを組み合わせたものである。[ 66 ]提案されているツールには、電圧感受性染料、微小電極、ウェアラブルまたはインプラント型刺激装置などがある。[ 67 ] [ 65 ]一部の研究者や評論家は、有望な動物実験にもかかわらず、哺乳類の大規模な付属肢または臓器の再生の証拠は限られており、それを達成するには、標準化された結果指標、モデル間で再現可能なプロトコル、および体内の組織の電気状態を制御する安全で正確な方法が必要になると指摘している。[ 68 ] [ 69 ] [ 70 ]

参照

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