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間葉系幹細胞とは?わかりやすく解説!メリットや利用価値、再生医療での効果とは?

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院長 黒木 良和

九州大学医学部卒
九州大学大学院修了 医学博士
川崎医療福祉大学客員教授
元神奈川県立こども医療センター所長
元聖マリアンナ医科大学客員教授

「間葉系幹細胞」という言葉は聞いたことがあるでしょうか?
現在、再生医療の技術が進んでおり、ES細胞やiPS細胞が注目されてきました。
ですが近年では間葉系幹細胞が再生医療に使われるようになっています。
一体、間葉系幹細胞とはどのような細胞なのでしょうか?また間葉系幹細胞のメリットや利用価値、再生医療での効果についてもわかりやすく解説します。
再生医療が近い未来、身近な存在になるかもしれないので、少しずつ理解していきましょう。

そもそも幹細胞とは?

細胞にはいろいろありますが、「幹細胞」と呼ばれるには2つの能力が不可欠です。

  • 分化能:皮膚、赤血球、血小板など、体をつくる様々な細胞に変化する能力
  • 自己複製能:自らと同じ能力をもつ細胞に分裂することができる能力

幹細胞の分化能により、入れ替わり続ける組織を保つために、失われた細胞を新たに生み出すことが可能になります。また自己複製能により、骨折しても元に戻り、髪の毛を切っても伸びたりします。
また、幹細胞は能力によって2種類に分けられます。

  • 組織幹細胞
  • 多能性幹細胞

以下で詳しく解説します。

組織幹細胞

組織幹細胞とは、皮膚や血液、神経細胞のように特定の細胞をつくり続ける細胞になります。また再生される細胞は限定的で、造血幹細胞であれば血液系の細胞のみ、神経幹細胞であれば神経系の細胞のみとなります。
このように組織幹細胞は、組織の恒常性を維持するために重要な役割を担う細胞です。
これから解説する「間葉系幹細胞」は組織幹細胞の1つになります。

多能性幹細胞

多能性幹細胞とは、からだ中のどんな細胞でもつくることができる細胞です。つまり、多能性幹細胞から様々な組織幹細胞に変化することができます。
また多能性幹細胞は大きく3つに分けられます。

ES細胞(胚性幹細胞:Embryonic Stem Cell)

ES細胞とは、胚の内側にある細胞を取り出し、培養したものになります。胚とは、受精卵が5日ほど細胞分裂し100個ほどの細胞のかたまりの状態のことです。ES細胞は他人の受精卵から作られる細胞になるため、移植後拒絶反応を起こしてしまうことがあります。また生命の根源である受精卵を壊してES細胞をつくるため倫理的に大きな問題があります。

ntES細胞(核移植胚性幹細胞:nuclear transfer Embryonic Stem Cell)

受精前の卵子から核を取り出し、神経など他の細胞の核を移植しクローン胚を作ります。ntES細胞とは、そのクローン胚の内側の細胞を取り出し培養した細胞です。ntES細胞は、患者自身の体細胞の核を使用するため、拒絶反応は起きにくいと考えられています。ただし、卵子を提供していただく必要があります。

iPS細胞(人工多能性幹細胞:induced Pluripotent Stem Cell)

iPS細胞とは人工的につくった多能性幹細胞のことです。からだの中にある細胞に、リプログラミング因子を導入し細胞の情報を書き換えることで、細胞がES細胞と同じくらい初期化された細胞になります。iPS細胞は胚の核を使用しないため倫理的問題はありません。また患者自身の細胞からiPS細胞を作り出せば、拒絶反応も少ないと考えられています。
iPS細胞は京都大学の山中伸弥教授によって報告された細胞になります。

間葉系幹細胞とは何者か?

間葉系幹細胞とは?

まず間葉とは、体の表面、肌や口の中の粘膜、腸の表面の間を埋めている組織になります。
間葉系幹細胞は、組織幹細胞の様々な研究がされる中で、1960年代には骨髄から、2000年代には脂肪組織から発見されました。骨髄に最も多く間葉系幹細胞が含まれているといわれます。また間葉系幹細胞は、受精卵の中から取り出すES細胞と同様に神経や筋肉、脂肪や骨など様々な種類の細胞に分化する細胞になります。

骨髄に含まれる間葉系幹細胞の割合は以下になります。

  • 新生児:1/10,000
  • 50歳代:1/400,000
  • 70歳代:1/2000,000

以上のように最も多く含まれている骨髄でさえも、間葉系幹細胞の数は非常に少ないことがわかります。

間葉系幹細胞の定義とは?

発展途中のため、まだはっきりとは決まっていないようですが、国際細胞治療学会では定義するための基準を3つ提案しています。

  1. 標準的な培養条件でプラスチックに接着すること
  2. 細胞の表面に特有の抗原があること
  3. 骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞への分化能をもっていること

以上の3つが間葉系幹細胞としての最低条件となっています。

間葉系幹細胞はなぜ再生医療で注目されているのか?

間葉系幹細胞は骨髄や脂肪組織から採取でき、倫理面の問題が少ないため、ES細胞やiPS細胞と比較しても臨床での応用がしやすい幹細胞です。そのため、再生医療における間葉系幹細胞の使用が増加しています。
間葉系幹細胞を使用した再生医療は、患者自身の組織を少量採取し、間葉系幹細胞を培養、必要な部位に投与することで、組織が再生するといわれています。

間葉系幹細胞のメリット:ES細胞、ntES細胞、iPS細胞の違いは?

上記で間葉系幹細胞、ES細胞、ntES細胞、iPS細胞について解説しましたが、理解が難しいと思いますので、以下の表で分かりやすくまとめます。

間葉系間質細胞 ES細胞 ntES細胞 iPS細胞
必要な細胞 脊髄、脂肪 余剰胚 余剰胚、体細胞 体細胞
免疫拒絶 なし あり なし なし
規制 なし あり あり
がん化の危険性 悪性腫瘍 良性腫瘍 良性腫瘍 悪性腫瘍
倫理的問題 なし あり あり なし

間葉系幹細胞は脊髄や脂肪組織から取り出すため、ES細胞の余剰胚からの取り出しとは違い倫理的に問題は全くありません。また間葉系幹細胞は自分から取り出すため、移植後の免疫拒絶は起きづらくなります。

間葉系幹細胞の特徴とは?

間葉系幹細胞は様々な細胞に分化する以外に3つの特徴があります。

生体維持機能

間葉系幹細胞には、生体の内部や外部の環境因子の変化に関わらず生理機能が一定に保つ性質があります。生体維持機能は生物にとって極めて重要なものです。このことをホメオスタシスといいます。

抗炎症作用

炎症とは、生物が環境の中で、生き抜いていくために長い時間をかけて獲得してきた防御手段の1つです。怪我をしたり、病気になるとからだの中では炎症が起きます。
間葉系幹細胞には、その炎症を鎮める役割があります。

免疫調節能

免疫とは、自然に備わった身体の防御システムのことです。免疫は、体内に侵入した細菌やウイルスなどを排除、体内を正常に保ちます。白血球を中心とする免疫細胞が、他の免疫細胞と連係することで免疫が機能するのです。
間葉系幹細胞には、アレルギーや自己免疫疾患を緩和するはたらきがあると考えられています。

間葉系幹細胞はどのように作用するか?

ホーミング現象

間葉系幹細胞は静脈から点滴などにより投与されますが、治さなければいけない対象部分にどのように届くのでしょうか?
その理由がホーミング現象になります。ホーミング現象は、点滴などで注入された幹細胞が、破壊された組織、弱っている組織に勝手に集まる作用になります。
ホーミング現象の原理は、破壊された組織や弱っている組織からサイトカインや接着因子といわれる物質を放出します。
幹細胞では、放出されたサイトカインや接着因子を受け取る性質があるため、ホーミング現象が起こるのです。

パラクライン作用

パラクライン作用とは、細胞の分泌物が血液の循環により、遠方の細胞に作用するではなく、近接する細胞や組織に直接拡散などにより作用することをいいます。損傷などによって機能が低下した細胞の近くにホーミング現象により幹細胞が運ばれ、その幹細胞が組織を再生させるといわれています。

間葉系幹細胞の利用価値とは?

間葉系幹細胞は前述のように、骨芽細胞や脂肪細胞、筋細胞や軟骨細胞だけではなく、内臓組織や神経などの細胞にも分化することがわかりました。
また、免疫抑制作用をもつことや、腫瘍や損傷部位に集まる性質があることもわかりました。さらに、間葉系幹細胞はがんの遺伝子治療薬の運搬役として利用する研究も行われています。

近年の間葉系幹細胞の研究では、人工臓器や組織を作り出す「組織工学」の分野でも利用されています。臓器や組織を再生させるためには、「細胞」、「足場」、「調節因子」の3要素が必要といわれています。

間葉系幹細胞から分化させた細胞を利用した軟骨細胞シートによる軟骨損傷の治療はすでに行われており、健康保険の適用が認められています。

間葉系幹細胞の注意点・問題点とは?

これまで間葉系幹細胞の良いところを伝えてきましたが、まだまだ研究途中の細胞になるため注意点、問題点もあります。
イギリスの科学雑誌「Nature」では、「日本の幹細胞製品の販売にブレーキを」と日本の承認制度が早期であることを批判する論文が2019年に掲載されています。
以下でその問題点について解説します。

細胞が老化すること

間葉系幹細胞は同じ細胞で培養・増殖を繰り返すと、細胞が老化し増殖性能が低下するとともに分化能も低下するといわれています。
そのため分化・増殖をもつ細胞を安定供給するには、多数の人から間葉系幹細胞を摂取し、再生医療に使用される可能性があるといわれています。この場合、他人の細胞を使用することになるため、免疫拒絶が起きてしまうかもしれません。

間葉系幹細胞の品質を一定に保つことが難しい

間葉系幹細胞は、「直接脊髄などから取り出した細胞」と「取り出した間葉系幹細胞を培養した細胞」では細胞の増殖、分化能に個人差があり、全ての培養細胞が同様の挙動を示すものではないといわれています。
そのため、間葉系幹細胞の品質を一定に保つことが困難であり、患者自身から間葉系幹細胞を取り出して確保することが難しくなってしまいます。

今後、安全性や有効性を判定する方法論を確立し、安全で効果的な治療を安定して行うには、治療のために必要な「細胞性能」を担保する基準の設定が必要になります。

まとめ:間葉系幹細胞の課題はあるが、大きな潜在的可能性を秘めている細胞である

間葉系幹細胞について理解できましたか?
間葉系幹細胞は骨や脂肪、靭帯や心筋などさまざまな組織に分化することができ、現在すでに再生医療にも使用されています。
しかし、脊髄などから直接取り出した間質系幹細胞と取り出した間質系幹細胞を培養して増殖させた細胞では、分化能に個人差があり品質を一定に保つことができないなどの問題点がありました。
間葉系幹細胞は世界的に注目されている細胞ですが、まだまだ課題も残っています。これから課題が解決できるようになると、再生医療の実用化がもっと身近になってきます。
再生医療が実用化になった場合、今まで治らなかった病気が治るようになりますね。

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