病理学２

組織再生
フロンティア医学研究所組織再生学部門

三高俊広

両生類の肢再生
イモリの下肢の再生

サンショウウオの上肢の再生

切断

Molecular Biology of the Cell 5 th から引用

平成30年10月30日

病理学２

“ヒトの体は再生するだろうか？”

平成30年10月30日

病理学２ヒトの指は再生するか？

NO
指が生えてくることはない

平成30年10月30日

病理学２

「再生」の定義

形態的にもまた機能的にも、失われた組織と同等に復元されること

平成30年10月30日

病理学２ヒトの指の再生切断された指は再生しないが繫ぐことはできる(機能的に再生することは可能）

弘前大学整形外科ＨＰより定義の上では、「再生」とは言わない
平成30年10月30日

病理学２

ほ乳類の指先の再生

２歳の子供が指先を切断してしまった

Han M et al. Dev Biol 315(1): 125-135 (2008)

爪の一部がちょっとだけ再生

平成30年10月30日

病理学２

組織再生

ほ乳類においても条件が整えば組織の再生が起こる可能性がある動物における再生の仕組みについて考えるのが本講義の目的
1. Cellular Regeneration

１細胞

2. Tissue Regeneration

多細胞

3. Organ Regeneration

器官･臓器

4. Structural Regeneration

個体の一部

5. Whole body Regeneration

個体全体

平成30年10月30日

病理学２

The five types of regeneration in animals
動物における “再生 Regeneration”

Slack JMW. EMBO reports 18(9): 1497-1508 (2017)
Originally from Bely AE & Nyberg Kg. Trends Ecol Evol (2010)

平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration
アフリカツメガエル

コナミドリムシ

Cardiac myocytes
どちらの細胞も増殖できない
Tang SK & Marshall WF. Science 2017

平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

体を構成する細胞

胚性幹細胞
Embryonic stem cells (ES cells)
幹細胞
Stem cells
体性（組織）幹細胞
Tissue-specific stem cells (Adult stem cells)

動物個体

体細胞
Somatic cells

平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

幹細胞
Stem cells

分化の多能性（方向性）

全能性幹細胞Pluripotent stem cells

全ての個体構成細胞に分化可能(個体を形成できる）

多能性幹細胞Multipotent stem cells

三胚葉性の細胞に分化可能*Bipotent stem cell

単能性幹細胞Monopotent stem cells

1種類の細胞にのみ分化可能

平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

三胚葉分化
•

皮膚

•
•

感覚器
神経

中胚葉
Mesoderm

•
•
•
•
•
•
•

筋肉
骨
結合組織
心臓・血管
脾臓・リンパ管
腎臓・尿管
性腺

内胚葉
Endoderm

•
•
•
•
•
•
•

消化管
消化腺(唾液腺等）
肺
肝臓、膵臓
腹膜・胸膜
喉頭・気管
膀胱・尿道

外胚葉
Ectoderm

受精卵

胞胚

三胚葉

汗･脂腺
毛

平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

幹細胞 (Stem Cells)• 全能性幹細胞 (Pluripotent [totipotent] stem cells)
全ての細胞に分化可能な細胞（個体を形成できる）• ES細胞 Embryonic stem cells• iPS細胞 Induced pluripotent stem cells• 多能性幹細胞 (Multipotent stem cells)
三胚葉性の細胞に分化する能力を持つ細胞• 造血幹細胞 Hematopoietic stem cells• 間葉系幹細胞（骨髄、脂肪、臍帯血）Mesenchymal stem cells

平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

幹細胞の特徴幹細胞• 未分化能の維持（自己保持能）• 自己複製能• 嬢（分化）細胞の供給

最終分化細胞

Molecular Biology of the Cell 6th Ed

平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

最終分化細胞

前駆細胞（Progenitor cells）:

Molecular Biology of the Cell 6th Ed

幹細胞の分裂様式

最終分化細胞

最終分化した細胞と同様の分化能を持ち、尚かつ多数の娘細胞を生み出せる能力を持つ細胞

平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

幹細胞の細胞周期(大元の）幹細胞の細胞周期の特徴

造血幹細胞の場合

静止期（Ｇ０－Ｇ１）にあるS, G2, M期の細胞： ５％以下
Ｇ0期：
７５％
Allsopp R, et al. J Exp Med, 193:917 (2001)

幹細胞（Stem cells)

Dormantな状態（潜伏している）

Transit-amplifying (TA) cells

実際に増えている幹細胞

前駆細胞（Progenitor cells）

単能性幹細胞分化細胞（Differentiated cells）
平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

全能性幹細胞

ES細胞
Embryonic stem cells
全能性幹細胞Pluripotent stem cells
iPS細胞
induced pluripotent stem cells＊ 全ての細胞に分化可能な細胞（個体を形成できる）

平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

胚性幹細胞 − Pluripotent stem cells

受精卵 (Zygotes)（体細胞核移植）
全ての細胞が全能性を有する
Embryonic & extraembryonictissues (totipotent)

桑実胚（Morula)

胞胚（Blastosphere）

内部細胞塊（inner cell mass）

全ての細胞が多能性を有する
Embryonic tissues (pluripotent)

胚盤胞（Blastocyst）

三胚葉分化

栄養外胚葉（trophectoderm）

胎児（仔）

胎盤形成

平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

ES細胞の樹立方法
Early human embryos
受精卵Fertilised egg

8-cell stage

Cell adhesion

桑実胚Compacted morula

胚盤胞Blastocyst

Zona hatching

細胞を取り出す培養

Wikipedia

ES細胞作製残りの受精卵

不妊治療

排卵誘発剤

（予備で凍結保存）

体外受精
数個

患者子宮
平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

ES細胞 （Embryonic Stem Cells）

平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

遺伝子改変マウスの作成

Crispr/Cas9

精子か卵子にES細胞由来の細胞
平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

胚性幹細胞の証明

細胞が全能性（Pluripotency）を持つことを示すには？

細胞を胚盤胞（Blastocyst）に入れると正常発生し、キメラ動物になる

平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

・倫理的問題点

ヒトES細胞の問題点 1

不妊治療に用いられなかった受精卵を使用する

Ø 受精卵の滅失（ヒトに成長する可能性をなくすこと）の問題
Ø 健康なボランティアからの未受精卵の提供の問題
l 受精卵を提供する夫婦への適切なインフォームドコンセントに関する説明
l ヒトES細胞の樹立・分配・使用の徹底的な管理
l 研究の倫理審査等について定めた指針の公開・施行・技術的問題点

ほぼ全てのクローンには何らかの欠陥が見つかっている；
テロメア長が短い、エピジェネティック異常・拒絶反応が起こる

ES細胞由来の細胞は、患者のMHCと異なる可能性が高い

平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

ヒトES細胞の問題点 2・腫瘍（奇形腫）形成の可能性

奇形腫 Teratoma

未分化な細胞を本来の組織とは別の部位に移植すると奇形腫（Teratoma)が形成される３胚葉由来の細胞・組織からなる

ヒトの卵巣・精巣腫瘍でよく見られる

平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

Induced-Pluripotent Stem Cells −

iPS細胞

ES細胞
Embryonic stem cells
全能性幹細胞Pluripotent stem cells
iPS細胞
induced pluripotent stem cells

平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

Induced-Pluripotent Stem Cells −iPS細胞

体細胞から全能性幹細胞を作ることができた（iPS細胞：人工多能性幹細胞）

2006年8月

Oct3/4
Sox2
C-Myc
Klf4

2007年１１月

山中先生は、この仕事でNobel Prize

平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

Human ES cells

ヒトiPS細胞

Human iPS cells

平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

IPS細胞誕生までの背景（１） Somatic cell nuclear transfer 体細胞核移植 (Cloning)
未受精卵に体細胞の核を移植すると遺伝子は初期化される
Differentiated cells retain the same genetic information as early embryonic cells

1975: cloned frogs

Prof. J. B. Gurdonカエルの皮膚細胞核移植

1996: cloned sheep “Dolly”

Dr. I. Wilmutの乳腺細胞核移植（２） Pluripotent stem cell lines such as ES cells の研究が進んでいた（３） 初期化遺伝子が同定されていた（４） 転写因子（transcription factors）が細胞の運命決定の ”Master gene”
MyoD (1987): Formation of myofibers in fibroblasts
C/EBPa (2004): B & T lymphocytes to macrophages

平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

ヒトES細胞の問題点

・受精卵を破壊する

iPS細胞が何故これほど期待されたのか？
iPS細胞

解決策

桑実胚（morula)の細胞か
らES細胞樹立・拒絶反応が起こる

患者由来の細胞から採取した核を卵子に移植（体細胞核移植）し、クローン胚を樹立し、胚盤胞まで発生させ、ES細胞を作製する
既存のES細胞株と患者体細胞の融合による核のリプログラミングし、初期化させることにより幹細胞の作製

・腫瘍（奇形腫）形成の可能性
未分化細胞の排除

破壊しない（倫理的問題の回避）

患者細胞由来iPS細胞の作製（免疫拒絶の回避）
iPS細胞作成期間

ヒトES細胞

iPS細胞バンク

子宮内に戻せばクローン人間の可能性
平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

再生医療に必要な細胞の調整

患者体細胞

Reprogramming

Progenitor cells

Multiple steps
Transcription Factors

Stem cells

iPS細胞・ＥＳ細胞

直接誘導
Direct reprogramming

特定の細胞への分化誘導
Multiple steps
Cytokines/Growth factors, etc

分化細胞
平成30年10月30日

病理学２

1. Cellular Regeneration

線維芽細胞
Fibroblasts

Direct Reprogramming −Transdifferentiation

分化転換

神経細胞Neurons

Ascl1/Brn2/Myt1l

Vierbuchen T et al, Nature, 463, 1035-1041, 2010

Gata4/Mef2c/Tbx5

心筋細胞 Cardiomyocytes
Ieda M et al, Cell, 142, 375-386, 2010

Oct4 + bFGF/IGFII/Flt-3/SCF

造血幹細胞Hematopoietic progenitor cells
Yamanaka factors
Oct3/4/Sox2/Klf4/cMyc

SCF/G-CSF/FLT3LG/IL-3/IL-6/BMP-4

血球 Multiple blood cells
Szabo E et al, Nature, 468, 521-526, 2010

Hnf4a + Faxa1/2/3
Foxa3/Gata4/Hnf1a

肝細胞 Hepatocytes
iPS cells

Sekiya S & Suzuki A, Nature, 475, 390-393, 2011
Huang P et al, Nature, 475, 386-389, 2011
平成30年10月30日

病理学２

Key Point 1

全能性幹細胞Pluripotent stem cells• 全能性を持つ-

全ての組織の細胞に分化可能• ES細胞、iPS細胞がある• 再生医療への応用が期待されている• 胚性幹細胞の利用には克服すべき問題点がある• 倫理的な問題• 技術的な問題• 腫瘍（奇形腫）形成

平成30年10月30日

病理学２

2. Tissue Regeneration

平成30年10月30日

病理学２

2. Tissue Regeneration

胚性幹細胞
Embryonic stem cells (ES cells)
幹細胞
Stem cells

体性（組織）幹細胞
Tissue-specific stem cells (Adult stem cells)

平成30年10月30日

病理学２

2. Tissue Regeneration

ヒト正常組織の恒常性維持・再生・生理的再生系組織 (Physiologically renewal system)
皮膚・毛、小腸、血球・条件再生系組織 (Conditionally renewal system)
肝臓、結合組織、血管内皮、平滑筋
・非再生系組織 (non-renewal system)
神経細胞、骨格筋、心筋

平成30年10月30日

病理学２

2. Tissue Regeneration

生理的再生系組織

Physiologically renewal system• 皮膚：• 約１ヶ月• 爪：• 0.1 mm/日 再生するのに3ー6ヶ月• 毛髪:• 1.2 cm/月（20～40代）0.9 cm/月（60代）• 約10万本 50ー100本/日脱毛 2～７年成長

• 血液：

•
•
•
•

赤血球 120日
顆粒球 ～２週間
Ｔ細胞 ４～６ヶ月
血小板 １０日

B細胞 数日～数ヶ月• 小腸：• 吸収上皮細胞 ２～４日
• 杯細胞 ３～５日
• Paneth cells 約30日

• 子宮内膜：• 28ー30日周期• 精子：• ～64日組織幹細胞（Stem cells）が細胞を生み出している
平成30年10月30日

病理学２

2. Tissue Regeneration

ヒトの皮膚組織
生体
Human body

皮膚組織

Molecular Biology of the Cell 5th Ed から引用

平成30年10月30日

病理学２

2. Tissue Regeneration

Hair follicleの再生
Differentiated cells: 皮脂腺、皮膚
分裂し、毛の細胞に分化するTransit amplifying cells (TA cells; short-lived)
分裂し、TA cells供給
Lgr6+

Intermediate stem cell population

Stem cells (Label-retaining cells; long-lived)

Bulge

細胞分裂少ない
Lgr5+

Intermediate stem cell population
分裂し、TA cells供給
Transit amplifying cells (TA cells; short-lived)
分裂し、毛の細胞に分化する

Differentiated cells： 毛Barker N & Clevers H, Gastroenterology 138:1681-1696 (2010)

平成30年10月30日

病理学２

生理的再生系組織の再生 － 表皮

2. Tissue Regeneration

分化

（高）

核

細胞間橋

角化層
顆粒細胞層

１４日

細胞質

（大）
増殖能
Stem cells

棘細胞層

１４日

基底細胞層

１３日

幹細胞は基底膜に接した基底細胞層に存在
平成30年10月30日

病理学２

2. Tissue Regeneration

Intestine

消化管組織における幹細胞の種類と存在部位
StomachEsophagus

Transit-amplifying (TA) cells

Quante M & Wang TC, Nat Rev Gastroenterol Hepatol, 6, 724 (2009)

平成30年10月30日

病理学２

2. Tissue Regeneration

小腸 ｰ Small Intestine

Differentiated cells
1 5 T A s x 1 6 ~ 3 2 = 2 4 0 ~ 4 8 0 c e l l s /日TA cells

産生 1 6 ~ 3 2 cells/TA cell/日

Lgr5+-CBC cells~ 1 5 c e l l s a t a c ry p t b o tto m

Lgr5 + cells
Multipotent stem cells at crypt bottom

Lgr5+ cells
Quiescent, rarely dividing

Marked Lgr5+ cells persist for the lifetime of a mousede Lau W et al. Genes Dev. 2014;28:305-316

平成30年10月30日

病理学２

2. Tissue Regeneration

Molecular Biology of the Cell 6th Ed

Lineage Tracing 法

平成30年10月30日

病理学２

骨髄 ー Bone marrow

2. Tissue Regeneration

骨髄中には血液を産生する大元の細胞（幹細胞）が存在

B cellT cellLymphoidstem cell
Platelets
Promegakaryocyte

Megakaryocyte

HSC

Proerythroblast

Myeloidstem cell

肝臓

骨髄

Erythrocyte

Macrophage
Promonocyte

Promyelocyte

Monocyte

Neutrophil

Eosinophil

Basophil

日本医事新報社

Dendritic cell

マウス骨髄2. Tissue Regeneration

マウス骨髄中の造血幹細胞の頻度：
200 ～1000 cells(<0.1% of CD133 cells)• 99% of long-term HSCs divide on average every 2 months+

Long-term quiescent (reserved: backup)
HSCs: 1 division/145 days

Cheshier SH et a. PNAS 96:3120, 1999

• The apex of the hematopoietic hierarchy that divides
about 5 times during the lifetime of a mouse

造血幹細胞 Actively cycling (primed)

有核細胞

4 x 106 細胞

赤血球

2.4 x 108 細胞

5x106 cells/dl

BW 60 kg
60 x 0.08 = 4.8 L = 48 dl

全血中のRBC数：5x106x48 =2.4x108 cells

平成30年10月30日

病理学２

2. Tissue Regeneration

老化に伴う幹細胞枯渇

115歳で亡くなった女性の献体から判ったこと
Holstege H et al. Somatic mutations found in the healthy blood compartment of a 115-yr-old woman demonstrateoligoclonal hematopoiesis. Genome Res. 2014 May;24(5):733-42.

• 末梢血中の白血球は、たった2個の造血幹細胞由来であった• 白血球のtelomere長は、脳神経細胞に比較して17倍短かった

Most hematopoietic stem cells may have died from 'stem cell exhaustion’,reaching the upper limit of stem cell divisions."

Stem cell exhaustion is a likely cause of death at very old ages?
平成30年10月30日

病理学２

ニッチ (niche)

2. Tissue Regeneration

幹細胞の増殖・分化・維持に必要な環境：サイトカインと間葉細胞（ストローマ細胞）
ニッチ（Niche）
幹細胞（Stem Cells）

Transient Amplifying Cells（ＴＡ細胞）
増殖維持

サイトカイン

分化

細胞外基質

間質細胞

平成30年10月30日

病理学２被爆者（大量の放射線を浴びた人）にどのような障害が起こるか？

どの組織に障害が起こりやすいか？
放射線障害

細胞分裂時

DNA鎖の切断

細胞死（ネクローシス）

盛んに増殖している細胞（ステム細胞）

• 骨髄

細胞寿命
赤血球 120日
リンパ球 数日

急性障害• 貧血・免疫不全• 消化管

吸収上皮 4~5日

• 下血

• 毛髪

毛根の細胞が死ぬ

• 脱毛
慢性障害

白血病･甲状腺癌

抗がん剤治療を受けている患者にどのような障害が起こるか？
どの組織に障害が起こりやすいか？

抗がん剤

癌細胞の増殖を抑制する

DNA鎖の切断

癌細胞死（ネクローシス）

盛んに増殖している正常（ステム細胞）細胞も障害を受ける
細胞寿命• 貧血・免疫不全• 骨髄

赤血球 120日
リンパ球 数日• 消化管

吸収上皮 4~5日

• 下血

• 毛髪

毛根の細胞が死ぬ• 脱毛

2. Tissue Regeneration

非再生系組織の再生 － 神経

中枢神経系の神経幹細胞• 海馬歯状回• 脳室周囲（側脳室）• 嗅球

Nakafuku M et al. PNAS, 2008
Barani IJ et al. Int J radiat Oncol biol Phys, 2007

平成30年10月30日

病理学２

2. Tissue Regeneration

Key Point 2体性（組織）幹細胞• 生理的再生系組織において存在が明瞭• 血液、皮膚、消化管において研究が進んでいる• 通常静止期にあり、細胞分裂は通常抑制されている• 非対称分裂によりTransit-Amplifying (TA)細胞を産生し、TA細胞が分裂し分化細胞を供給する• 非再生系組織においても幹細胞は存在する• 幹細胞の増殖・分化・維持に必要な微小環境をニッチ（niche)という

平成30年10月30日

病理学２

創傷治癒

2. Tissue Regeneration

創傷 (Wound)：体表面や体内臓器組織の損傷又は欠損

創傷治癒
Healing of wound

損傷部位が元の組織と同等に復元するか（再生）、瘢痕
(Scar)を残して修復(Repair)される機転再生
Regeneration

形態的にも、また機能的にも失われた組織と同等に復元されること

瘢痕
Scar

欠損組織が肉芽組織と（膠原collagen）
線維によって置換されること

創傷治癒
Healing of wound＊線維： 生体内の繊維については「線維」が使われる

平成30年10月30日

病理学２

2. Tissue Regeneration

再生と修復 (Regeneration and Healing)

再生する場合切創（手術創）再生しない場合

やけど後の肥厚性拘縮

一年後自然治癒
Wound Healing Center Homepageより
平成30年10月30日

病理学２

創傷治癒形式

2. Tissue Regeneration

受傷後、組織内で細菌が増殖するには６~８時間必要とされる。この時間が創閉鎖の目安とされる “Golden time”と呼ばれる

一次治癒

創傷治癒形式縫合

Ø １次治癒a8-'7
4$ 
"6 2:)3+,/(91 ,Golden time!$.0 :*4$#5,/&%

二次治癒
肉芽

瘢痕

Ø ２次治癒

b

三次治癒
肉芽

c
〈出典〉遠藤幸男他：創傷の治癒過程と創傷管理，臨牀看護，18（5），p.1-11，1992.

縫合

皮膚の欠損が大きい創や、汚染の著しい創、Golden timeが過ぎた感染創に対しては、縫合できないので開放創のままとして治癒過程を進める場合
Ø ３次治癒２次治癒で、主に感染を伴う創傷に対して意図的に一定期間開放創として処置し、創が清浄化した後に縫合閉鎖する場合

2. Tissue Regeneration

創傷治癒過程と肉芽組織 Granulation
第一期：炎症反応期

受傷後４，５日• 血液凝固により止血し、血小板から放出されたサイト
カインにより、好中球、リンパ球、単核球の遊走が起こる• 単核球が貪食細胞（マクロファージ）になり、放出するサイトカインにより線維芽細胞の遊走を促進する• 腫脹、発熱、発赤、疼痛（炎症の四徴）が起こる

第二期：増殖期（肉芽形成期）

受傷後～１，２週• 線維芽細胞による膠原線維（コラーゲン）産生• 毛細血管の発達• 肉芽組織形成

第三期：安定期• コラーゲンの産生と分解が平衡化• 細胞成分の減少• 瘢痕化(Scar formation)

器質化
Organization

平成30年10月30日

病理学２

2. Tissue Regeneration

ケロイド(Keloid)

創傷治癒過程で膠原（コラーゲン）線維が過剰に作られることによっておこる
皮膚から盛り上がった腸詰状、線条状の硬い組織 （良性線維増殖性病変）内因性・外因性： 放射線被曝者や若い女性、精巣摘出患者に多い

胸部外科手術跡

ピアース跡

真皮に膠原線維平成30年10月30日

病理学２

Key Point 2

ヒトの体において・正常組織は、その再生の仕方から3つに大別される•••

生理的再生系組織
条件再生系組織
非再生系組織・創傷が治癒する過程には2種類ある。
再生（Regeneration) と修復(Repair)

元通りなるか､瘢痕(Scar)を残す
ケロイド（Keloid)形成・創傷治癒は、炎症期、肉芽形成（組織 Granulation)期を経る・再生するか否かは、組織と創傷の程度及び治療法による

平成30年10月30日

病理学２

3. Organ Regeneration

平成30年10月30日

病理学２

3. Organ Regeneration

肝臓の再生 Liver Regeneration
ギリシア神話の時代
Prometheus
ギリシア神話
人間に火を与えたことで、Zeusの怒りをかい、
コーカサスの山の岩に鎖で繋がれ、永遠に大鷲に肝臓をついばまれる刑に処された。
Prometheusは不死の身であったので肝臓は翌朝には元に戻ってしまう。
死ぬことも出来ず、毎日、永遠に苦しむ。

Prometheus Bound, Peter Paul Rubens(Philadelphia 美術館蔵）

平成30年10月30日

病理学２

3. Organ Regeneration

肝再生 Liver Regeneration

ラット２／３部分肝切除 Partial Hepatectomy (PH)

Higgins & Anderson
Arch Pathol (1931)

切除後切除後７日目金沢大学癌研究所松本研究室

ＨＰより

平成30年10月30日

病理学２

3. Organ Regeneration

術前

肝臓は再生する臓器

術後1ヶ月

術後5年

平成30年10月30日

病理学２

ヒト生体肝移植

3. Organ Regeneration

手術方法

Donor肝臓の再生
徳島大学外科ＨＰより＜奈良医大ＨＰより＞

平成30年10月30日

病理学２

3. Organ Regeneration

全能性幹細胞からの組織･臓器形成法

平成30年10月30日

病理学２

3. Organ Regeneration

臓器形成法 Organ Complementation

１）胚盤胞補完法を利用した多能性幹細胞からの臓器作出
Pdx1 KO moueの胚盤胞（Blastocyst)にEGFP遺伝子を導入したES細胞（iPS細胞）を注入し、仮親の子宮に移植し、出産させた。生まれたマウ
スには、多能性幹細胞由来の膵臓（GFPで緑色の蛍光を発する）が形成されていた。

２）マウスおよびラット多能性幹細胞を用いた異種動物間キメラの成立
次に異種動物間におけるキメラ形成能を確認するため、多能性幹細胞（ＥＳ細胞もしくはｉＰＳ細胞）を用いたマウス－ラット間の異種動物間キメラ作製を試みた。ＥＧＦＰ標識したマウス多能性幹細胞をラットの胚盤胞に、逆にＥＧＦＰ標識したラット多能性幹細胞をマウスの胚盤胞に注入したところ、マウスおよ びラットの多能性幹細胞は互いの胚発生に寄与し、出生後も生存可能な異種動物間キメラの作製に成功した。

３）異種間胚盤胞補完法を用いて、マウス体内にラットの膵臓を作る
ラットｉＰＳ細胞をＰｄｘ１ ＫＯマウスの胚盤胞に注入することで、異種動物間胚盤胞補完法を介してラットの膵臓をマウス体内に作り出そうと試みた。その結果、Ｐｄｘ１ ＫＯマウス体内で一様にＥＧＦＰ蛍光を示す
ラットｉＰＳ細胞由来の膵臓を作出することに成功した。

Kobayashi T et al. Cell. 2010 Sep 3;142(5):787-99.

クローンブタ(免疫拒絶の抑制）
平成22年9月3日

JSTプレス発表より

平成30年10月30日

病理学２

3. Organ Regeneration

臓器形成法 Organ Complementation

朝日新聞記事より

平成30年10月30日

病理学２

3. Organ Regeneration

全能性幹細胞（Pluripotent stem cells）由来ヒト胃組織

McCracken KW et al. Nature, 516: 400-404 (2014)

平成30年10月30日

病理学２

3. Organ Regeneration

全能性幹細胞（Pluripotent stem cells）由来小腸組織

Human ES細胞由来

Watson CL et al, Nature Med, 20: 1310-1314, 2014

Human iPS 細胞 由来

平成30年10月30日

病理学２

Key Point 4
臓器再生• ヒトにおいても再生する臓器がある
ü

肝臓は、2/3切除しても再生する

生体肝移植に応用• 胚盤胞補完法を用いると、異種動物体内にヒトの臓器を造ることが基礎研究レベルで可能になった（法的に認められた）• 多能性幹細胞（ES細胞、iPS細胞）から臓器の原器を作ることが可能になった

平成30年10月30日

病理学２

4. Structural Regeneration

平成30年10月30日

病理学２

4. Structural Regeneration

ほ乳類の指先の再生

２歳の子供が指先を切断してしまった

Han M et al. Dev Biol 315(1): 125-135 (2008)

爪の一部がちょっとだけ再生

ヒト(ほ乳類)の指は再生しない？
平成30年10月30日

病理学２マウスの指先の再生

4. Structural Regeneration

2011年のNatureに、マウスの指先が再生することを証明する、論文が出た





AP1/AP2

 

AP3
AP3

 

AP1/2

 

70 days following amputation
Germ-layer and lineage-restricted stem/progenitors regenerate the mouse digit tip
Rinkevich Y, Lindau P, Ueno H, Longaker MT, Weisman IL. Nature 476: 409-414 (2011)

AP2-3の部分にそれぞれの組織を作る細胞（組織幹細胞）が存在する
組織幹細胞(体性幹細胞）

分化

•
•
•
•

皮膚・爪
筋肉
結合血管
組織
平成30年10月30日

病理学２

4. Structural Regeneration

In rodents and humans, multi-tissue regeneration
occurs if the digit tip is removed distal to the nail bed

3d

7d

3w

2w

切断前
切断前

3d

c: clot

7d2w

bl: blastema
Undifferentiated cell mass

神経
血管

e: epithelium
ct: connective tissue

Blastema

間葉系細胞の集合体
Mesenchymal cells

様々な組織の前駆細胞が集まっている

Schwann cell precursors
Lehoczky JA et al, Proc Nat Acad Sci USA 2011
Johnston AP et al, Cell Stem Cell 2016

•
•
•
•

血管
骨･軟骨
皮膚
結合組織

平成30年10月30日

病理学２指先の再生4. Structural Regeneration

Essential for regeneration of Digit Tip

切断• Wnt5A• Shh• Dhh• FGF1/5/9

Dedifferentiated Schwann cells

•
•
•
•

Bone
Cartilage
Nerve
Vessel

OSM and PDGF-AA

BMP4

Expansion of blastema mesenchymal precursor cells
Regrown axons
Differentiation of SCPs

Regeneration of Epithelium, Nails
OSM and PDGF-AA

Mature Schwann cells

Blastema

Diverse mesenchymal cells
前駆細胞の集合体

Johnston AP et al, Cell Stem Cell 2016

• Dermal cells• Osteoprogenitor cells• Endothelial cells

express

OSMRb
Gp130
PDGFRa

平成30年10月30日

病理学２

5. Whole body Regeneration

平成30年10月30日

病理学２

5. Whole body regeneration

体細胞核移植 - クローン動物の作製

体細胞核移植卵が産仔へ発生する割合
0.1～５％
核の由来

分化の程度

遺伝子の
修飾

初期胚

－

－

正常個体

ＥＳ 細胞

－

－ ～
＋

正常個体、
産後直死

胎仔期生殖細胞－＋

胎仔期で死滅分化した体細胞＋－（？）

形態形成異常、
産後直死
正常個体

＋or－

－（？）

？

体性幹細胞

クローン羊ドリー

核移植後の個体への発生能

英国ロスリン研究所
Dr. Ian Wilmut
6歳雌羊乳腺細胞の核移植
約270回目

平成30年10月30日

病理学２