幹細胞の歴史

By Hidaya Aliouche, B.Sc.Reviewed by Dr. Tomislav Meštroć, MD, Ph.D..

幹細胞の発見は、奇形癌や、さまざまな種類の組織が混在する（あるいは異種混合の）腫瘍という、珍しい原因から 1950 年代に始まりました。

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悪性の増殖と移植性の観察から、増殖性（高い分裂率）で未分化（特化していない、さまざまな細胞型を生み出すことができる）細胞の存在が示唆されました。

先駆的な実験により、成体マウスの脳にEC細胞を注入すると、奇形がんが発生することが実証されました。これは、EC細胞が奇形がんのすべての細胞成分を生成できることを示す具体的な証拠となりました。

胚細胞および胚性がん細胞

EC 細胞の起源は、ヒトとマウスでは主に精巣です。 Leroy Stevens は、近交系マウス 129 系統の奇形腫が、精子と卵子のものである生殖細胞から発生することを発見しました。

EC細胞は、初期胚に存在する細胞と同じような形態（形状）を示し、生殖細胞由来であることを裏付けています。 この胚性幹細胞は、体細胞と呼ばれる体のすべての系統の細胞を作り出す能力を持っています。

潜在能力の発見

EC 細胞は、胚形成の前に発生する初期胚の細胞のようなものです。 EC 細胞は細胞株に拡大することができ、これは 1970 年に精巣および胚性奇形癌からの培養物で実際に達成されました。

成功した説明は、分裂を防ぐために不活性化した線維芽細胞の使用を必要としたことです。

さらに、EC株は分化能力にばらつきがあり、この観察から、すべての細胞が多能性ではなく、より具体的には、異なる特殊な（分化した）細胞型を生み出す細胞の可能性に違いがあるのだという仮説が生まれました。

この性質は「潜在能力」と呼ばれ、階層的な順序で 4 つのタイプがあります。g. したがって、全能性細胞は生物全体を生み出すことができる

これらの自己再生する未分化細胞から、最終的に分化した細胞を生み出すことができます。 科学者のMartin EvansとGail Martinは、その代わりに、現在最も強力なタイプの細胞であることがわかっている多能性を保持する方法に焦点を当てました。

この発見は、EC細胞が分化によって自分自身のフィーダー線維芽細胞を作り出せることを示唆しており、これらの細胞の多能性を維持するためには、これらが必要であることを推測させました。 同時にMartinとEvansは、EC細胞を懸濁させた血清が、EC細胞の膨張と分化を支援する能力に違いがあることに気づきました。

胚の成長と発達のイニシエーターとしての幹細胞

マーティンとエヴァンスによる EC 細胞のさらなる探究により、EC 細胞を凝集させると、生じたコロニーは、その分化機能により特定の胚のアイデンティティを持つ胚様体という構造を形成することが判明しました。

両者の類似性から、さらなる探求が始まりました。EC細胞が胚に寄与できるかどうかを調べるため、EC細胞を胚盤胞（受精後5～6日で形成される前胚構造）に注入して結果を分析したところ、ほとんどの場合、EC細胞は胚に取り込まれず、一部は腫瘍や発生異常が発生したのです。

キメラとは、2つの異なるDNAを持つ生物のことで、この例では、性細胞にコードされたDNAとEC細胞のDNAからマウスが作製されたのです。 これは、EC 細胞のサブセットが正常な胚細胞の機能を果たし、宿主の胚環境の文脈で働くことができることを実証しました。

健全なキメラをめざして

しかし、キメラマウスの割合は芳しくありませんでした。

これらの現象の説明として考えられるのは、EC細胞が染色体異常を持つ確率が常に高いということでした。

その代わりに、胚そのものが、より問題の少ない多能性幹細胞の供給源となったのです。

得られた細胞はEC細胞と機能的に類似しており、成体マウスに移植した際に奇形癌を発生させることができました。

この可能性を排除するため、1984年にエヴァンスは、これらの細胞が生殖細胞（卵子と精子）を通してDNAが正常に伝達された健康なキメラに寄与できることを立証しました。 胚から得られた多能性細胞は、形質転換することなく何度も分裂を繰り返し、自らの遺伝子構成を保持したまま拡大した。

その10年後、松井によって始原生殖細胞（PGC）が増殖性幹細胞を生み出すことが発見されました。 これは胚性生殖細胞（EG細胞）と呼ばれ、その起源を除けば、ES細胞とほとんど区別がつかない。

将来の展望: 幹細胞治療

ES細胞の遺伝的要素が生殖細胞を通じて伝達・保持されることは、マウスに遺伝子改変を導入する機会を提供します。 例えば、相同組換えのような、細胞が何らかの遺伝的変化を起こし、2つの類似したDNA分子の間で交換するような珍しい事象を受けた細胞の分離を可能にする機能です。

1989年に、遺伝子ノックアウトを人工的に行ったES細胞の作成に成功しました。

1989年には、遺伝子ノックアウトのES細胞の作製に成功し、その後、ES細胞の遺伝子ターゲティングが拡大されている。

現在では、ES細胞の状態を支える分子メカニズムが明らかにされています。 ヒト胚性幹細胞株（hESC）の分離が初めて報告されたことにより、マウスモデルから焦点が移り、その治療的意義の探求が可能になった。 現在、hESCは必要不可欠な存在であり、hESCを用いた臨床試験の結果は、今後の幹細胞を用いた治療のゴールドスタンダードとなるであろう。

2006年、成人の体細胞を幹細胞のような状態にするための細胞再プログラムが可能な条件を特定することで、画期的なことが起こりました。 これは現在、人工多能性幹細胞（iPS細胞）として知られています。 なぜなら、これらの細胞は患者自身から採取して再プログラムすることができるため、臨床医は組織適合性に起因する拒絶反応の問題を回避することができるからです

後者は、ドナーが異なる抗原を持っているプロセスを指し、この抗原はレシピエントの宿主免疫系に細胞が異物であると信号を送り、したがって、異物細胞を破壊する免疫反応に繋がります。 This is basically seen as organ rejection.

This additionally avoids the need for immunosuppressive treatment throughout the patient’s life to prevent this, and eliminates the ethical implications of hESCs, as iPSCs do not require an embryonic source for production. More research on the topic will definitely bring further progress in stem cell usage.

Written by

Hidaya Aliouche

Hidaya is a science communications enthusiast who has recently graduated and is embarking on a career in the science and medical copywriting. She has a B.Sc. in Biochemistry from The University of Manchester. She is passionate about writing and is particularly interested in microbiology, immunology, and biochemistry.

Citations