幹細胞治療

幹細胞治療は、幹細胞を使用し、疾患を治療または予防することである。

幹細胞治療で、最も一般的なのは、骨髄移植であり、それには臍帯血を使う場合もある。様々な起源の幹細胞を生み出し、糖尿病、心臓病、神経変性疾患などに、幹細胞治療を適用する研究が進められている。

幹細胞治療の開発において胚性幹細胞を単離して培養することや、体細胞核移植を用いて幹細胞を作製すること、およびiPS細胞を作製することが論議を呼んできた。この論争は、中絶に関しての扱いや、ヒトのクローンに関連することが多い。さらに、治療に用いる保存臍帯血の取引も物議をかもしてきた。

1. 医療用途
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30年以上にわたり、骨髄移植は、白血病やリンパ腫を治療するために使用されてきた。 これは、唯一、広く行われている幹細胞治療である。化学療法中に、ほとんどの増殖細胞は殺されるが、化学療法は白血病細胞やがん細胞と、骨髄内の造血幹細胞を区別せず殺してしまう。骨髄移植つまり、幹細胞移植がなされるのは造血幹細胞が死滅してしまうという一般的な化学療法の副作用の改善のためである。化学療法で失われた造血幹細胞を置換するために、ドナーの健康な骨髄が移植される。移植された骨髄からできた免疫細胞は、宿主の細胞を殺す免疫応答をおこすが、これはしばしば過剰になり、骨髄移植の最も深刻な副作用である移植片対宿主病を起こす。

Prochymalと呼ばれるもう1つの幹細胞治療は、ステロイドが効果がない小児における急性の移植片対宿主病のため、2012年にカナダで条件付きで承認された。これは、成人ドナーの骨髄に由来する間葉系幹細胞を使った、同種間の幹細胞治療である。MSCは骨髄から精製され、培養され、パッケージングされ、単一のドナー由来で、最大10,000回の用量が得られる。投与されるまで凍結保存される。

臍帯血に由来する造血幹細胞は、血液および免疫疾患の治療を目的とした5つの医療製品がアメリカ食品医薬品局により承認された。

2015年には欧州医薬品局により、幹細胞を含む治療法であるHoloclarが欧州連合での使用が認可された。 眼の火傷により、角膜周辺の輪の部分の幹細胞が欠乏する場合があり、Holoclarはその場合に使用される。

2. 研究
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幹細胞は様々な目的で研究されている。 幹細胞から分泌される分子やエキソソームもまた、創薬のために研究されている。

2.1. 神経変性
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パーキンソン病、筋萎縮性側索硬化症、アルツハイマー病などのような脳変性のモデル動物における幹細胞の効果について研究が行われている。多発性硬化症に関する予備的な研究もなされている。

健康な成人の脳は、自己の細胞数を維持するために増殖を続けるか前駆細胞となる神経幹細胞を含む。 健康な実験動物の成体では前駆細胞が脳内へ移動し、主に嗅覚のニューロン集団を維持するように機能する。神経障害の成体ラットを用いた実験モデルにおいて、内在性の神経幹細胞の薬理学的な活性化により、神経の保護や、行動の回復が亢進することが報告されている。

2.2. 脳脊髄損傷
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脳卒中および外傷性脳損傷は、脳内の神経細胞と希突起膠細胞の喪失を特徴とする細胞死をもたらす。幹細胞を脳卒中患者の脳に注入する、小規模の臨床試験が、2013年にスコットランドで進行中である。

脊髄損傷患者においても幹細胞の使用が、臨床的および動物学的に研究されている。

2.3. 心臓
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先駆的研究 の中には、矛盾が特定され、信用されていないものもある。成体の心筋梗塞 ならびに心筋梗塞からではない心不全 において、幹細胞療法が安全かつ効果的であると報告されているいくつかの臨床試験の中で、強力な効果が報告されているのは少数のみである。最初の動物実験では顕著な治療効果が示されたが、後のヒトへの臨床試験での治療効果は、統計的に有意ではあるがほんの少しだった。この矛盾の原因としては、患者の年齢、治療のタイミング、患者が過去に心筋梗塞に何度かなっていたことなどがあげられる。これらの障害は、治療の有効性を高める追加の治療 によって、または方法を最適化することによって克服することができるかもしれないが、これらもまた議論の余地がある。

現在の研究は、細胞調達技術、細胞型、細胞投与のタイミングおよび手順、およびパラメータによって結果が大きく異なり、比較を行うことは非常に困難である。したがって、比較する研究が現在必要とされている。

心筋梗塞の治療のための幹細胞療法は、通常、自己の骨髄の幹細胞を使用するが、脂肪由来の幹細胞のような他のタイプの成人幹細胞も使用することができる。

回復のメカニズムとしては、次のようなステップが考えられる。:

心筋細胞の発生
損傷した心臓組織を再充填するための新しい血管の成長の刺激
成長因子の分泌
他のメカニズムによる支援成体の骨髄細胞を心筋細胞に分化させることは可能である。

ヒトのES細胞に由来する心筋細胞の、モルモットへの組み込みの、最初の成功は、2012年8月に報告された。モルモットに人為的に心臓発作を起こした後、細胞治療を処置し、その4週間後に、心臓の収縮力が測定された。細胞は既存の細胞と同期して収縮した。今後の研究は、壊死した組織の周りに細胞をより強く生着させる方法に焦点があてられている。ES細胞由来または成人の骨髄幹細胞からの治療が効果的であるかどうかはまだ分かっていない。

2013年には、自家骨髄幹細胞がヒトの患者の心室機能に及ぼす有益な効果についての先駆的な報告に、矛盾が含まれていることが判明した。全体として、その間に病院の研究室で処理された幹細胞の数よりも多くの患者が幹細胞を摂取していると発表されていた。

幹細胞療法の最も有望な利点の1つは、心臓損傷後の心不全発症の根底にある組織喪失を回復させる心臓組織再生の可能性である。

2.4. 血球形成
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完全に成熟したヒト赤血球は、赤血球の前駆体である造血幹細胞から培養することで得られる。このプロセスでは、HSCを間質細胞と一緒に培養し、赤血球増殖の自然な部位である骨髄の状態を模倣する環境をつくり出す。成長因子であるエリスロポエチンが添加され、幹細胞から最終的に赤血球へ分化させる。この技術のさらなる研究は、遺伝子治療、輸血、および局所薬に利益をもたらすはずである。

2.5. 失われた歯
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2004年に、キングズ・カレッジ・ロンドンの科学者は、マウスで完全な歯を育てる方法を発見し、生物工学的に歯を実験室で生育させることができた。歯の再生技術を使い、ヒトの患者に、生きた歯を生やすことができるようになると自信をもっている研究者もいる。 

理論上の話だが、患者から採取した幹細胞を実験室で歯茎にし、あごに埋め込み、新しい歯が3週間以上かかって育つことが期待されている。人間が元の大人の歯を成長させたときと同じ過程を経るとかんがえれば、それは顎の骨と融合し、神経と血管に接続するよう促す化学物質を放出するだろう。しかし、治療で、幹細胞によって、歯を置換するためには、多くの課題が残っている。研究はさまざまな分野で進行中である。

2.6. うずまき管の毛細胞の再生
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Heller氏は、ES細胞を用いてうずまき管の有毛細胞を再増殖させることに成功したと報告している。

2.7. 失明と視覚障害
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2003年以来、研究者は視力回復のために角膜幹細胞を損傷した眼に移植することに成功している。そのとき角膜への移植へ使用されたのは、網膜細胞のシートで、中絶された胎児から採取された。これらのシートが損傷した角膜上に移植されると、幹細胞は新たな修復を刺激し、最終的に視力を回復させた。2005年6月、イギリスのサセックスのクイーンビクトリア病院の研究者が同じ技術を使って40人の患者の視力を回復させた。 Sheraz Dayaが率いるこのグループは、患者、親戚、または死体から得た成人幹細胞を使用した。更なる試験が進行中である。

2.8. すい臓のβ細胞胞
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糖尿病患者は、すい臓内のインスリン産生β細胞の機能を失う。研究室で、胚性幹細胞をβ細胞に変えることができた。理論的には、β細胞が正常に移植されると、糖尿病患者の機能不全は改善されるだろう。

2.8.1. 移植
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ヒト胚性幹細胞は、細胞培養で増殖させ、刺激して、患者に移植することができるインスリン産生細胞を形成することができる。

しかし、臨床的な成功は、以下の手順の開発に大きく依存する:

移植された細胞は増殖する
移植された細胞は、部位特異的に分化する。
移植された細胞は、レシピエントにおいて生存する。
移植された細胞は、標的組織内に組み込まれる。
移植された細胞は宿主に組み込まれ、機能を回復する。

2.9. 整形外科
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整形外科治療における臨床事例の報告がされている。今日まで、筋骨格系の治療に関する文献の焦点は、間葉系の幹細胞のようである。 Centenoたちは、ヒトを対象にした臨床試験で、軟骨および半月板体積の増加のMRIの証拠を発表している。多数の被験者を含む試験の結果はまだ公表されていない。しかし、3-4年の期間に227人の患者群で実施された研究では、間葉細胞移植は、安全性があり、合併症も少ないと公表された。

また、Wakitani氏は、軟骨欠損を治療するため、5人の患者の膝へ、間葉系幹細胞を外科的移植し、発表した。

2.10. 創傷の治癒
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幹細胞はまた、ヒト組織の増殖を刺激するために使用することができる。成人では、傷ついた組織は、瘢痕組織で置き換えられる。瘢痕組織は、コラーゲン構造がきれいでなく、毛包もなく、血管構造も不規則である。一方、傷ついた胎児組織の場合、傷ついた組織は、幹細胞の活性によって正常組織に置換される。 成体で組織再生を目指す方法としては、成体の幹細胞を「種」として、ベットとしての組織を「土壌」として植え込み、それを創傷の組織に一緒に埋め込み、幹細胞の分化を刺激すればよいのではと、考えられている。この方法は、成人の瘢痕組織の形成よりも、胎児の創傷治癒により類似した再生応答を誘発する。研究者は、再生に役立つ「土壌」組織について、さまざまな側面を依然として調査している。

2.11. 不妊症
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細胞分裂がとめられたブタ卵巣線維芽細胞と一緒に、ヒト胚性幹細胞を一緒に培養すると、生殖細胞でのみ発現する遺伝子が発現された。

ヒト胚性幹細胞から、精子のような細胞を形成するように刺激できるが、損傷している可能性がある。マウスでその精子様の細胞を使って受精させたところ、発生初期で育たなくなる確率が高かった。しかし、無精子症の治療に役立つようになるかもしれない。

2.12. HIV/AIDS
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HIVウイルスの感染によりヘルパーT細胞が破壊され、免疫系が機能しなくなる。ヘルパーT細胞へのウイルスの侵入は、細胞ケモカイン受容体との相互作用によって媒介され、最も一般的なものはCCR5およびCXCR4である。その後のウイルス複製は細胞の遺伝子発現プロセスを必要とするため、活性化されたCD4+細胞は、HIV感染の主要標的である。最近、科学者は、HIV-1/AIDSを治療するための代替アプローチとして、遺伝子を改変した造血幹細胞および前駆細胞を移植し、免疫系をHIV耐性にするため、研究してきた。

2.13. 臨床試験
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2.13.1. GRNOPC1
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2009年1月23日、米国食品医薬品局は、ヒトに対する胚性幹細胞に基づく治療の最初の臨床試験の開始について、Geron Corporationに認可を与えた。 試験では、急性脊髄損傷を有する患者に対して、ES細胞由来の希突起膠細胞前駆細胞であるGRNOPC1を評価した。 この試験は、2011年11月に中止され、同社は「現在の資本不足および不確実な経済環境」としている。2013年にバイオ・再生医療企業BioTimeは、Geronの幹細胞を取得し、臨床試験の再開を目指している。

2.13.2. 凍結保存された間葉系間質細胞
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科学者らは、解凍後数時間以内に輸血したMSCは、細胞増殖の対数期にあるMSCと比較して機能の低下または有効性の低下を示す可能性があることを報告しているため、凍結保存されたMSCは、 これらが臨床試験または実験的療法のために投与される前にin vitro培養における細胞増殖の段階を繰り返すことにより、MSCの再培養は、凍結および解凍中に細胞が受ける衝撃から回復するのに役立つ。 新鮮なMSCを使用した臨床試験と比較して、凍結直後の凍結保存製品を使用したMSCに関する様々な臨床試験は失敗している。

3. 獣医学
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ウマ、イヌおよびネコに現在行われている研究は、獣医学における幹細胞治療の開発に有益であり、心筋梗塞、卒中、腱および靭帯損傷、変形性関節症、骨軟骨症および筋ジストロフィーのような広範な傷害および疾患を標的とすることができ、動物でも人間でも同様な疾患がある。細胞ベースの治療法の調査は一般に人間の医学的ニーズを反映しているが、競走馬の特定の傷害は、頻度と重症度が高いため、再生医療のアプローチの最前線として獣医学が置かれてもいる。人間の病気とよく似ているため、臨床のモデルとすることができる。

3.1. 再生治療モデルの開発
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幹細胞は、次の5つのメカニズムで治療に寄与する。1）