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再生医療

幹細胞にはどんな種類があるの?特徴と医療への応用のされ方について解説!

近年、再生医療の分野において注目を浴びているのが、「幹細胞」を中心とした研究です。幹細胞を利用することで、今まで治療が難しかった疾病や怪我を治すことが可能になると言われています。幹細胞研究は私たちの健康や生活の質を根本的に変える可能性を秘めた分野です。当記事では、幹細胞にはどのような種類と特徴があるのか、医療分野への応用のされ方などについて解説しています。

幹細胞の種類とは

幹細胞の種類とは

私たちの身体は無数の細胞から成り立っています。中でも「幹細胞」は昨今、再生医療の分野において特に注目される細胞です。ここでは、この幹細胞に焦点を当て、その役割と特性について解説します。

幹細胞とは

私たちの身体には、皮膚や血液など一つひとつの細胞の寿命が短いものが多く存在しています。これらの細胞は寿命がくる、大きな怪我をするなどで身体の組織がダメージを受けると失われます。そうして失われた細胞を再び生み出し、補充する能力を持った細胞が幹細胞です。この「幹細胞」の存在があるからこそ私たちは受精卵から成長でき、大人になってからも身体を維持できるのです。

幹細胞の役割

幹細胞には、2つの能力が備わっています。1つは、皮膚、赤血球、血小板など、私たちの身体をつくるさまざまな細胞に変化する能力で、「多分化能」と呼ばれるものです。もう1つは、自分とまったく同じ能力を持った細胞に分裂することができる、つまり幹細胞が幹細胞に分身する能力である「自己複製能」です。

さらに幹細胞は、主に2つのタイプに分類されます。1つが、どのような細胞でも作り出すことのできる「多能性幹細胞」であり、もう1つが、失われる細胞の代わりをつくり続けている「組織幹細胞」です。この組織幹細胞の中には、筋肉や軟骨に変わる間葉系幹細胞があり、再生医療での利用が盛んです。

間葉系幹細胞は、脂肪、骨髄、歯髄、臍帯などに由来して生まれます。再生医療の分野では、幹細胞を使用して傷ついた体の部分を修復したり、低下した機能を改善することが期待されています。

幹細胞の種類とそれぞれの特徴

幹細胞の種類とそれぞれの特徴

ここでは、さまざまな幹細胞の種類と特徴について説明します。

全能性幹細胞(受精卵)

受精卵は、どんな細胞にも変わることができる特別な力「全能性」を持っています。この力を持つ期間は受精後から約2週間。受精卵はすべての細胞になることができる、まさに生命のスタートラインとも言える存在です。

多能性幹細胞(ES細胞)

ESとは「EmbryonicStemCell」の略で、日本語では、「胚性幹細胞」と呼びます。胚は、受精卵が分裂して、100個ほどの細胞が集まったものをいい、この胚の内部にある細胞を取り出し培養したものがES細胞です。

ES細胞は、私たちの体を構成するすべての細胞になれる可能性があります。そのため、再生・移植医療への応用が期待され、多くの研究機関で研究がすすめられています。しかし受精卵を使用することから、倫理的な問題がハードルとなっています。

多能性幹細胞(IPS細胞)

iPS細胞とは、京都大学の山中教授が世界で初めて作製に成功した細胞です。人の皮膚や血液などの体細胞に特別な成分を加えて培養することで、ES細胞と同様にさまざまな細胞に変われる性質を持つことができます。

iPS細胞は、ES細胞を用いるにあたっての課題を解決するために作られました。しかし人工的に作られた細胞のため、ガン化のリスクがゼロではないという懸念点があります。

iPS細胞の研究は日々進化しています。最近では臓器再生なども研究され、末期臓器不全症の患者さんに対しての有効な治療法になる可能性について注目されています。まだまだ研究段階であり、再生医療として応用されていないのが現状ですが、今後の動向が注目されています。

体性幹細胞

体性幹細胞は、私たちの身体の様々なところに存在する幹細胞です。この細胞は特定の役割を持っており、例えば血をつくる造血幹細胞であれば血液の細胞、神経系をつくる神経幹細胞であれば神経系の細胞にしか変化できないと考えられていました。

しかし、骨髄の中に存在する「間葉系幹細胞」は、筋肉や軟骨、神経などに分化する、いわゆる「多分化能」を持つことが明らかになってきました。つまり間葉系幹細胞は、ES細胞やiPS細胞のように、いろいろな細胞になることが可能なのです。

近年の研究により、骨髄の間葉系幹細胞と性質が似ている幹細胞が、皮下脂肪にもたくさん存在することが明らかになりました。これは「脂肪由来間葉系幹細胞」と呼ばれ、他の組織幹細胞よりも採取が容易で、多く存在するため、幹細胞再生治療の実用的な細胞として注目されています。

さらに、これらの細胞の抽出や培養技術が進化しているため、急速に治療に使われるようになってきました。代表的な体性幹細胞には、以下のものがあります。

・造血幹細胞
骨の骨髄の中に存在し、白血球や赤血球、血小板などの血液細胞に分化する能力を持ちます。

・脂肪幹細胞
脂肪などから得られる幹細胞。骨髄幹細胞と同様に、複数の細胞に分化します。

・歯の幹細胞
歯髄幹細胞・歯根膜幹細胞・歯小のう幹細胞・歯乳頭幹細胞・乳歯幹細胞があります。

・表皮幹細胞
皮膚になる細胞の源になります。

・腸管上皮幹細胞
大腸・小腸の細胞を作り出します。

・神経幹細胞
自己複製能力と神経系を構成する細胞、ニューロン神経細胞やグリア細胞に分化できる能力を持ちます。

・間葉系幹細胞
骨、軟骨、脂肪細胞、筋など、間葉系に属する細胞への分化能をもつとされる細胞です。

幹細胞の種類とメリット・デメリット

幹細胞の種類とメリット・デメリット

ES細胞とiPS細胞は再生医療の分野において、非常に重要な役割を果たしています。それにも関わらず、これらの細胞を治療に応用するにはさまざまな課題を伴うため、現段階では限定的な利用に留まっています。実際の再生医療クリニックでは、体性幹細胞という別の種類の幹細胞が主に用いられています。以下で、各細胞のメリットとデメリットを詳しく見ていきましょう。

ES細胞(胚性幹細胞)のメリット・デメリット

ES細胞は、人の初期胚から取り出される幹細胞で、培養シャーレ内でその多能性を維持しながら増殖させることができます。1981年にイギリスのエヴァンスにより、マウスから初めてES細胞を樹立したのがはじまりで、パーキンソン病などの難病治療の可能性が期待されています。

ES細胞のメリットは、ほぼ無限に増えることができ、体のどの部分の細胞にも変化できることです。一方デメリットは、受精卵から作り出されることから、倫理面で問題があるとされていることです。また、ガン化する可能性があること、拒絶反応が起こる可能性があることなども指摘されています。

iPS細胞(人工多能性幹細胞)のメリット・デメリット

iPS細胞は、ES細胞と似た性質を持ちながらも、線維芽細胞という誰しもが既に持っている細胞から作成できる人工の細胞です。

受精卵を使用しないので倫理的な問題がなく、患者自身の細胞から作るので拒絶反応が起こりにくいのがメリットです。しかしガン化のリスクを排除することはできず、それが主な懸念点とされています。

体性幹細胞のメリット

体性幹細胞は、私たちの身体に自然に存在する幹細胞です。すべての体の部位に変化するわけではありませんが、筋肉や軟骨、皮膚など、多くの組織に変身できる能力を持ちます。現在、再生医療で最も多く利用されている幹細胞であり、その効果や安全性も確認されています。

大きなメリットとして、ES細胞やiPS細胞と違い、倫理的な問題がないこと、ガン化のリスクがないことが挙げられます。患者自身の細胞を使用するため、拒絶反応も起こりません。

幹細胞の種類と医療への応用

幹細胞の種類と医療への応用

ここでは各種類の幹細胞が、現在どのように医療に応用されているかを紹介します。

ES細胞の再生医療への応用

受精卵は分裂を繰り返し、数日で胚盤胞(はいばんほう)となります。この胚盤胞は、身体のどの部位にも変わることができる能力を持っています。胚盤胞の内部から細胞のかたまりを取り出して、特別な条件で培養したものがES細胞です。

国立成育医療研究センターの研究所では、ES細胞から私たちの腸に似た「ミニ腸」が誕生しました。1センチほどの大きさで、培養液のなかで1年以上生きています。

ミニ腸には筋肉の細胞や神経の細胞があり、私たちが持つ腸と同じように食べ物を送る「ぜん動運動」をします。栄養を吸収する細胞もあり、実際に栄養物質(ペプチド)を内部に取り込むことができます。さらに、便秘と下痢の薬に反応することもわかりました。つまりミニ腸は、本物の腸と同じように働くことができるのです。ES細胞からのこのような応用は、医療の進歩として大きな意義を持っています。

また国立成育医療研究センターでは、ES細胞を利用した臨床試験を進めており、特に高アンモニア血症という重篤な肝臓病の治療に焦点を当てています。高アンモニア血症にかかっている生まれたばかりの赤ちゃんが対象です。アンモニアを肝臓で分解できないため、放置すると重い後遺症が残ったり、最悪の場合は死に至ることがあります。

その治療の一環として行われるのが、ES細胞を用いる方法です。まずES細胞から肝臓の細胞を作り、この肝臓の細胞を病気の赤ちゃんに注入します。注入はへその緒を通して、カテーテルで行います。これにより、注入した正常な肝臓の細胞が増殖し、アンモニアを分解できるようになることが期待されています。

3か月後には肝臓移植を行います。なぜ3か月後なのかというと、生まれたばかりの赤ちゃんは体重が少ないため、通常の肝臓移植を安全に行うことができないからです。そこで、ES細胞で作った肝臓の細胞を注入して、3か月ほどの間命をつなぎ、後遺症を起こさないようにするのです。

2020年5月、国立成育医療研究センターと日本医療研究開発機構は、このES細胞を利用した治療を生後6日目の新生児に実施し、5か月後に生体肝移植術を実施したと発表しました。これは、世界で初めてのES細胞を用いた肝細胞移植です。

iPS細胞の再生医療への応用

私たちの体を作る細胞は臓器ごとに異なっています。しかしiPS細胞は人工的に操作することで、身体のほとんどすべての細胞に変化できます。これを「分化」と言います。このことから、iPS細胞は「万能細胞」とも呼ばれています。

iPS細胞を使った再生医療の研究開発は急速に進められています。パーキンソン病や脊髄損傷、心不全、加齢黄斑変性や角膜移植、血液では血小板減少症など、多岐にわたる疾患の治療に向けた臨床試験が開始または予定されています。

その他の幹細胞による再生医療

幹細胞治療は、変形性ひざ関節症という病気に対して有効であるとされています。この病気は膝の関節が徐々にすり減り、炎症が起こり進行してしまうものです。

手術はもともとの持病や年齢によるリスクが伴うため、避けたいという人が多いです。そのため、海外のスポーツ選手なども取り入れている最先端の治療として、幹細胞治療が注目されています。変形が初期の段階でも、変形が進行する前に幹細胞治療を受けることで、変形性ひざ関節症の予防ができます。

また、肌のたるみやシワ、毛穴などの悩みを改善する若返り効果も期待されています。このため、病気や怪我の治療だけでなく、美容の分野でも注目を浴びています。

幹細胞による再生医療にかかる費用

幹細胞による再生医療にかかる費用

幹細胞を用いた治療はほとんどが自由診療であり、保険の適用がされないことから、多くの場合全額自己負担となります。治療内容によりますが、具体的な金額は、安い場合で数十万円、高額な場合には1000万円以上となることがあります。

保険が適用される場合、治療費は数百万円〜1500万円程度の相場から、患者の負担は2〜3割となり、500万円以内での支払いが可能です。また、医療費が高額になる場合、年収に応じて高額療養費制度が利用できます。

まとめ

まとめ

幹細胞の研究は、近年急速に発展しています。幹細胞は独自の特性を持ち、身体のさまざまな細胞や組織へと変化する能力を持っています。そのため、再生医療の分野において革命的な応用が可能となっています。

とくに、ES細胞やiPS細胞を用いた研究への注目が集まっており、多くの疾患や障害の治療への適用が期待されています。具体的には、重篤な肝臓病やパーキンソン病、心不全など、これまでの医療では難しかった疾患の治療に対して、新たな希望をもたらす可能性が見えてきました。研究の進展に伴い、幹細胞技術は日常生活により密接に関わる存在となってくるでしょう。

参考文献

この記事の監修歯科医師
高藤 円香医師(自衛隊阪神病院)

高藤 円香医師(自衛隊阪神病院)

防衛医科大学校卒業 / 現在は自衛隊阪神病院勤務 / 専門は皮膚科

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