Feb-Mar Special

再生医療の現在
関節軟骨再生、再生医療とロボットとリハビリテーション「再生医療」というと、現実にはまだしばらく先の話、「未来の治療法」と思っている人も少なくないのではないか。しかし、整形外科分野では、膝の関節軟骨再生においてその先端を行く広島大学学長の越智光夫先生らによる自家培養軟骨細胞移植術はすでに全国 209 の病院で受けることができる（保険適用）。
越智先生らは、さらに磁気ターゲティングという意図するところに細胞を集積するという新たな試みも進めておられる。
また同大学の弓削類教授は、特殊な装置を用いて無重力下で間葉系幹細胞を増やし、それを静脈注射する治療法に取り組んできたが、真の無重力（微小重力）である宇宙空間での実験が採択された。同教授は再生医療とリハビリテーションという分野に着目、研究会活動も行っている。ここではこのお二人の先生の取材し、再生医療の現在をまとめた。

1 自家培養軟骨移植術と最新の治療法を語る 越智光夫 P.2
── 国内外から注目される関節軟骨再生への取り組み

2 再生医療とリハビリテーション 弓削 類 P.8

── 間葉系幹細胞を微小重力で未分化のまま培養、まもなく宇宙実験へ

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再生医療の現在

自家培養軟骨移植術と最新の治療法を語る―― 国内外から注目される関節軟骨再生への取り組み

越智光夫
広島大学学長、整形外科医

り組んでいた越智先生は、これに対して、欠損部分にはめこめる立体構造の軟骨組織を培養、損傷部位の形に合わせて切り出し、移植するという三次元培養である「アテロすでに 1980 年代から膝の関節軟骨の治療にコラーゲン包埋自家培養軟骨細胞移植術」

取り組んでこられた越智先生に、これまでのを開発した。1996 年のことである。これ

再生医療への取り組みと、最新の治療法につは「アテロコラーゲン」という細胞培養のいて聞いた。時間の限られた中コンパクトに足場がひとつのキーになった。

まとめていただいた。自家培養軟骨移植術は越智先生は、1977 年広島大学医学部卒

すでに保険適用にもなり、さらに進んだ治療

業後、整形外科学講座に入局、膝を専門と法も開発、今後大きな発展が期待される。

する整形外科医の道を歩み、1995 年に島根県立医科大学（現島根大学）教授に就任。

越智先生の再生医療の取り組み

当時、高齢化率全国 1 位という背景もあり、越智光夫（おち・みつお）学長

膝の軟骨は大腿骨と脛骨が接触するとこ

膝の軟骨治療を進めたが、教授就任の翌年ろにあり、摩擦係数が非常に小さく、滑らが上記の 1996 年に当たる。2002 年、広軟骨細胞移植術の成果に対して日本学術会

かな関節の動きをもたらし、一定の弾力性

島大学大学院整形外科教授就任、2013 年

議会長賞を、2010 年には「三次元培養にも有し衝撃も吸収する重要な組織である。

4 月から越智先生の自家培養軟骨細胞移植

よる軟骨再生技術」により文部科学大臣表

しかし、いったん損傷すると血管も神経も術は保険適用になった。現在は、後述する

彰科学技術賞を受賞されている。また、地走っていないため自己修復による治癒はほようにさらに進んだ治療法を開発中で、す元広島のプロチーム、広島カープとサンフとんど期待できない。
肘も同様だが、スポーでに 5 例手術が行われ、現在経過観察中でレッチェ広島のチームドクターも務められツにおいても軟骨損傷は「やっかいな」疾ある。

た。

患であった。

こうした膝これに対して国内外でさまざまな治療法の軟骨治療にの研究が進められてきたが、損傷範囲が小より難しいとさければ、体重のかからない部位から骨軟された競技復骨を採取、欠損部に移植するという方法も帰を実現した開発された。しかし、これは面積が大きく選手もいる。

なると適用外になる。

ここでは、越1994 年、スウェーデンの Peterson ら

智先生に全体が患者の軟骨細胞を採取し、体外で培養、の流れと最新損傷部位に骨膜で蓋をして縫合、その中にの治療法につ培養軟骨細胞を注射で入れるという方法をいて語ってい開発した。自家培養軟骨細胞による治療だただく。

が、これは縫い目から細胞が漏出するという問題があった。
1980 年代から膝の関節軟骨の治療に取2

なお越智先生は、2004年には自家培養

図 1 （P.25 にカラー図掲載）

Sportsmedicine 2016 NO.178

自家培養軟骨移植術と最新の治療法を語る

膝の関節軟骨再生への取り組み：
越智先生インタビュー―― 先生の関節軟骨再生への取り組みについてこれまでの歩みと最新の治療法についてお願いします。

なぜ再生医療のなかでも関節軟骨再生に取り組んできたかと言うと、まず関節軟骨には血管がありません。
治るということは、縫合した糸によるものではありません。糸で縫合するのは、断端と断端を近づけ治癒するうえでもっともよい状態にするということです。逆に言うと、切れたものは縫わなくても瘢痕化して治ります。しかし、早期にきれいに治そうとすると、断端同士を近づけておくことが大事になります。糸で断端同士を近づけるわけですが、そこで関与する大事なことが出血です。そこから出てくる細胞や成長因子が周囲を刺激して治図 2 （P.25 にカラー図掲載）

癒していく。
髪の毛をいかに丁寧に細い糸で縫っても症になります。では、どうしようもないか。

が、軟骨同士はつきません。先ほど述べたつきません。これは血行がないからです。

図 2 のような変形性膝関節症になれば、ように軟骨には血管がありませんから。軟つまり、細胞としての反応がない。軟骨に65 歳以上であれば人工関節でもよいと思骨だけでなく骨もいっしょに移植すればよはたしかに細胞はあります。しかし、細胞いますが、20 代でも外傷などで図 2 左のく、くり抜く器械があればできる方法で、と細胞の間に血管もないうえに基質が多ような軟骨損傷が生じることがあります。

世界中でもっとも多く用いられている方法

く、細胞の信号が伝わらない。ということその場合は、図 3 に示すような関節軟骨のです。しかし、関節が関節たるゆえんは摩は反応が鈍い。半層欠損をつくっても修復体重がかからないところから骨軟骨柱を抜

擦係数が小さいということですから、移植されないということになります（図 1）。

いて移植するというのが一般的な方法です

部位がでこぼこになると摩擦係数が上がしかし、治らないからといって放置して（図 4 は自家骨軟骨柱移植術。越智先生がり、相対する関節面をきずつけてしまいまおくと進行して図 2 のように変形性膝関節1983 年に行った症例）。骨と骨はつきます

す。20 代には骨軟骨柱移植術は多く用い

図3
図 4 （P.25 にカラー図掲載）

Sportsmedicine 2016 NO.178

3

軟骨修復方法
1. 遊離骨軟骨片固定
2. 関節鏡視下 debridement
3. 間葉系幹細胞を誘導する方法
ドリリング、アブレージョン
マイクロフラクチャー

4. 骨切り術
5. 組織移植
自家骨軟骨柱移植

6. 培養軟骨細胞移植
7. 新しい試み
図5

図6を取ると増殖できまから細胞が漏出する可能性があります。

す。そうして増殖さそれに対して、固形の細胞をつくればよせた細胞を欠損部にいのではないか、また細胞がつく足場をつ注射し、膝の前部にくればよいのではないかと考えました。そある骨膜を採取してこでつくったのが図 8 の軟骨様組織です。

フタをする、そういこれを作製し移植すれば細胞が漏出するこう方法（自家培養関とはないだろうということです。それを節軟骨細胞移植、図1996 年、世界で最初に始めました。

6）を考案し、実際にそれで治癒しました。しかし、その方

図7

アテロコラーゲンゲル包埋自家関節軟骨細胞移植法では、図 7 に示すその手術の方法（アテロコラーゲンゲルように、縫合糸の間包埋自家関節軟骨細胞移植）が図 9 です。

られている方法ですが、2 cm2 以下の小さな欠損が対象で、大きな面積は使いづらいという欠点があります。

関節軟骨再生医療の時代へ
軟骨修復方法には図 5 のようなものがありますが、次の段階として再生医療が出てきます。先ほどの骨軟骨柱移植術では、採取できる領域が限られてきます。体重があまりかからないところといっても限定されています。では、大きな欠損の場合どうするのか。軟骨を増やすしかない。それを考えたのが、Dr. Lars Peterson です。それは、体重がかからないところから、内視鏡で少しずつ（約 0.5g）軟骨を採取し、その細胞を増やす。細胞の「鎧（よろい）」4

図 8 （P.25 にカラー図掲載）

Sportsmedicine 2016 NO.178

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弓削

再生医療の現在

再生医療とリハビリテーション―― 間葉系幹細胞を微小重力で未分化のまま培養、まもなく宇宙実験へ

類

広島大学大学院医歯薬保健学研究院
生体環境適応科学教室 教授、博士（医学）ています。その Cell Bank を用いて研究と臨床を行うためにプロジェクト研究センターである「宇宙再生医療センター」を広島大学に立ち上げました。
私がセンター長を拝命し、学内の医学部、昨年 11 月に東京で記者発表を行い、各紙誌歯学部、工学部の医師と研究者、および東やテレビ等のマスコミに取り上げられたので京大学、大阪大学の再生医療のグループのご存知の人も多いだろうが、弓削先生の研ご支援を得て、海外ではハーバード大学で究成果を宇宙空間で確認するため国際宇宙ス

脊髄損傷の再生医療を行っている Yang

テーションでの実験を行うことが決まった。

（Ted）D.Teng 教授らと組んで、国内外弓削先生は、間葉系幹細胞を用いた再生医療の研究者、臨床家の研究拠点として活用しの研究を進め、脊髄損傷ラットモデルの機能ていただければと思い立ち上げました。と回復の研究から、無重力下で未分化のまま培

くに、私たちは中枢神経系の再生医療を主養できる装置を開発、近々真の宇宙空間であなターゲットにして細胞治療、ロボットをる国際宇宙ステーションで培養した幹細胞と使ったリハビリテーション、脳マッピング

今年 3 月に NASA に納品し、そこで宇宙の違いを検証する実験を行うことになっていを使った機能評価までの一連の流れに取り実験の研究用に使うことになっているものる。ここでは、その概要を紹介し、再生医療組んでいます。

です。本装置で増殖させた幹細胞を用いて弓削類（ゆげ・るい）教授

研究と臨床を行い、細胞移植したのち後述とリハビリテーションという間近に迫った課
題について語っていただく。

重力制御装置、Gravite「宇宙再生医療センター」

するための道具「Gravite®」（グラビテ：―― MSC は、利用価値が非常に高いけれど―― 再生医療といってもいろいろな幹細胞を重力制御装置）について紹介します（図 1）。

も、全体数が少ない。

用いるが、先生は間葉系幹細胞。

原理を説明します。重力は、地上では常にする「Re-Gait®」を使ってリハビリをす®

まず再生医療の幹細胞を未分化大量培養るプログラムを構築しています。

そうです。ですから幹細胞を大量に増や間 葉 系 幹 細 胞（Mesenchymal stem

試料の下方向にかかっていますが、試料をす必要があります。

cell: 以下 MSC）は、中胚葉性組織（間葉）上下逆さまにした場合、重力に対して逆さ―― 大量に増やすための装置が「Gravite®」。に由来する体性幹細胞で、骨芽細胞、脂肪まの重力（-1 G）がかかります。よって試MSC が無重力下で増えるということは誰が細胞、筋細胞、軟骨細胞等、間葉系に属す料にかかる重力の和は± 0 G となります。

発見した？

る細胞への分化能をもつ細胞です。さらまた、試料を直交する 2 軸まわりに回転

私たちはその発見に大きく貢献をしていに、胚葉の差をこえて神経細胞や肝細胞にさせると三次元的に回転させることができると思います。普通の培養は培養容器の底分化するという報告もあり、世界で使われます。コンピュータを使って正確に回転制面しか使えないのです。ところが、このている再生医療の有力な細胞ソースです。

御を行うことで、360°全方位に重力が分「Gravite®」だと宇宙空間と同様に天と地

iPS 細胞や ES 細胞は万能細胞と言われど散し、重力ベクトルを時間平均として宇宙がなくなってしまうので、たとえばこの部-3のような細胞にもなれる多能性をもっていステーションと同じ 10 G の微小重力環

屋だと培養できる場は六面体全部を使えますが、制御が難しいという面があります。

境を作り出すことが可能になります。このる。簡単に言うと培養面積が 6 倍になる。

我々は、宇宙技術を使って MSC の「Cell装置を用いると幹細胞を未分化の状態で大―― 細胞は、どこかに接着していなければいBank（細胞バンク）」をつくりたいと考え

8®

量培養が可能になります。
「Gravite 」は、けない？

Sportsmedicine 2016 NO.178

再生医療とリハビリテーションいうことが我々の研究から明らかになりました 8）。私たちの目標は神経の再生医療なのですが、頭蓋由来の MSC について真の宇宙、「Gravite®」と 1 G の 3 つの条件に分けて検討します。MSC は、凍結してロケットで打ち上げ、それを NASA の宇宙飛行士が解凍して 10 日間培養したものを地球で回収し、遺伝子解析等の分子細胞生物学的な手法で幹細胞の分化の差異を、また脊髄損傷ラットモデルに細胞移植して運動機能がどれだけ回復するかを宇宙実験で確かめるということです。それによってなぜ微小重力下では、未分化性維持ができるのか、細胞移植の効果が高いのか等のメカニズムの解明が目的です。2 年後の打ち上げに向けて NASA と協議し、細胞の樹立や培養実験等の準備に取りかかっていま
図 1 「Gravite®」（グラビテ：重力制御装置）NASA 仕様（P.25 にカラー図掲載）

す。今回の結果から必要なら追加の宇宙実験も行う予定です。

細胞は、2 種類あって一般的な接着細胞

では 1 週間でほぼ増えないのですが「Grav®

１）―― 凍結して打ち上げるのは、細胞の安定性と血球系細胞のように接着せずに生存でき

ite 」では、1 週間で 6 倍に増えます 。まるものがあります。通常は培養容器の底面た滑膜の MSC は、増殖率が高い細胞です

ロケットの打ち上げ時には最初 2 ～ 3Gに接着していますが、重力を分散してできが、この装置では 10 の 10 乗個の増殖をかかります。それが宇宙空間の無重力ではる微小重力環境で回すと全部の面につくか見込んでいます。研究するためには、同じ10-3 G になります。地球に帰ってくる大気ら培養面積が増える。最初に接着させて、ロットで増やした幹細胞がたくさん増える圏再突入時には再度 2 ～ 3 G かかります。

底面につけた状態で培養することも可能でと助かります。また、臨床的にも同じクォ

結局どの G 環境の影響を受けているのかす。いろいろなアプリケーションが可能でリティで細胞が 10 倍に増えると治療費軽わからない宇宙実験では困る。そこで凍結す。

減につながるかもしれません。

で打ち上げるとその影響を排除することが―― 増えていくというのはどういうこと？

を保つため？

できます。宇宙飛行士には、忙しいスケ

宇宙ステーションでの実験

ジュールのなか細胞の解凍、培養、凍結保細胞分裂するのですが、細胞分裂を繰り―― 採 択 が 決 ま っ た NASA/CASIS（The存をお願いすることになります。

返すと細胞の寿命が低下します。最近テレ

Center for the Advancement of Science―― 帰るときもまた凍結する。

ビなどでも取り上げられているテロメアin Space）宇宙ステーションに打ち上げて行（染色体の末端粒子であり、染色体末端をう実験は？

分裂するということ？

保護する役目をもつ。テロメアが長いほど人工的無重力（正確には微小重力）下で®

宇宙実験は地球上の実験と大きく違って多くの制限があるのですが、NASA の協力を得て、大がかりですが丁寧に行う実験

ヒトも長寿と言われるが細胞分裂により短「Gravite 」で作った細胞と真の宇宙と地をしたいと思います。MSC を用いた脊髄くなることがわかっている）もそうです。

上 1 G で作った細胞を比べる実験です。

損傷の再生医療の世界で最初の宇宙実験に

ところが微小重力環境で培養するとテロメ―― 同じものなのか、何が違うのかを見るたなります。

アの長さは変わらないという結果を得ましめ？

―― それが先日の記者発表の内容。

１）

た 。

頭蓋由来の MSC を脳神経外科グループ

そうですね。マスコミで報道されて大きと協同して採取しています。もちろん患者な反響と好意的な支援をいただきました。

MSC は、身体のなかでは骨髄、脂肪、さんの許諾を得たうえですが、頚から上のこの宇宙実験の成果は「Cell Bank」につ滑膜等いろいろな場で採取が可能です。腸

MSC は神経になりやすいのです。発生学ながります。NASA は、幹細胞を使った骨から取ってきた MSC を培養すると 1 G的に神経管由来なので神経になりやすいと再生医療は真の宇宙で培養したほうがよ―― 「大量」とはどのくらい？

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9myf‑5or
MyoD

中胚葉多能性細胞

myogenin

myf‑6

筋細胞

筋管細胞

筋線維

図 2 筋細胞の発生・再生時に発現する筋特異的転写調節因子 MyoD ファミリーの分化制御

中胚葉多能性細胞は、体節内で骨格筋系譜に「決定」され、筋芽細胞となる。筋芽細胞は「増殖」を繰り返して数を増した後、増殖を止め「分化」し、筋管細胞を形成する。筋管細胞は筋線維へと「成熟」する。中胚葉多能性細胞からの「決定」または筋芽細胞の維持は、MyoD あるいは Myf-5 が担い、筋管細胞への「分化」はミオゲニンが担っている。「成熟」には、Myf-6（または MRF-4）が働いている。（吉田松生，他：細胞工学 14，1995 より改変）

個々の細胞が重力センサーをもっているということがわかっています。しかし、それらがどうネットワークを形成してコミュニケーションをしているかわかっていませ®

いと思っています。私たちは「Gravite 」んでいます。次にその筋管細胞がさらに分ん。今回の宇宙での実験はそのようなメカとのデータの比較に大変な興味をもってい化して筋線維になるのです。

ニズムの解明に貢献できる研究になりま®

ます。とにかくやってみないとわからない「Gravite 」で培養すると筋芽細胞の分す。幹細胞を未分化維持するとき、普通のところが面白いです。すでに SpaceX 社化が抑制され筋管細胞に分化しません。ま

1 G の状態であればサイトカインなどの薬®

Falcon 9 で打ち上げることも決まっていた、筋管細胞を「Gravite 」で培養する物の添加や遺伝子操作を必要とします。つます。と再び筋芽細胞に戻る現象が観察されままり薬を入れて未分化状態を保って培養す――「Gravite®」で作った細胞を脊髄損傷ラッす。

るのです。しかし、将来臨床で使おうと思真の宇宙はどこを抑制しているのか知りえば、できるだけ薬や遺伝子の操作をしなたいのです。宇宙飛行士が筋萎縮する原因いほうがいいわけです。
「Gravite®」に入も骨が骨粗鬆症のようになる原因もここにれると、何も薬物や遺伝子操作なしで未分ています 。MSC を脊髄損傷モデルラッあります。

化状態を保ったままかつ大量に培養できまトに静脈経由で細胞移植すると 1 G で培養―― それは重力があるかないか？

す。つまり臨床で求められる、安全、安心、トモデルに入れて、機能が回復するのを確認している。

我々が 2013 年に発表した研究で確認し6）®

した同様の幹細胞より、「Gravite 」ではとくに重力に抗する筋や骨には、重力の安価な培養方法かもしれません。これが再幹細胞が多く損傷部位に遊走して生着し、有無すなわち負荷量の違いが大きなファク

生医療などに使えればいいと考え、これま運動機能の回復も促したと報告していまターになります。

で研究を進めてきました。

す。

―― 重力がカギになっている？

―― この「Gravite®」を購入して研究に使い胎児は母親のからだの中で羊水に浮いてたいというところも出てきた？

細胞分化と重力います。それがオギャーと生まれた途端に国内外の大学や研究施設に納品し多くの―― それと宇宙で培養したものとどう違って1 G 環境で成長していくわけです。生命も購入依頼をいただいています。また北米やくるか？

陸に上がる以前は長く海にいたわけです。

ヨーロッパ等の大学や研究機関からの視察

おそらく違うと思います。幹細胞の分化NASA の研究者は、重力ファクターが生や NASA 関連機関や研究所からの依頼をには初期〜後期まで何段階かのプロセスが命の進化や形態変化、またその成長に大き受けています。

あります。宇宙は、初期分化プロセスだけな因子となったと考えています。

―― いろいろな重力環境で細胞を培養する装でなく分化行程全体に影響しているのかも―― 重力がかかってスイッチが入る？

置として、現在はこの「Gravite®」しかない。

しれません。分化のプロセスのどこに抑制

重力は生命にとって大きなファクターでこの装置は、G を加えることもでき Gがかかるのか科学的に興味のあるところです。宇宙実験から細胞レベルで重力センを減ずることもできますので、重力依存性す。図 2 は筋芽細胞を培養しているのです

サーがあることはわかってきました。細に研究をすることができます。微小重力が、筋芽細胞は骨格筋になる細胞で、筋芽胞が接着する部位をフォーカルコンタクトの 10-3 G では細胞の分化が抑制され、2 ～細胞が分化すると筋管細胞なります。筋芽（Focal contacts）というのですが、フォー3 G では細胞の分化が促進されます。以前

細胞は、単核細胞なのですが、その細胞同カルコンタクトが重力センサーであると言は遠心力で G をかける実験しかできてい士が寄り集まって多核の筋管細胞を作り、われています。

ませんでした。

その形態がチューブのようなので筋管と呼―― タコの足のようになっている？

―― G をかけることは簡単。

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