これを読んでいると、世界中の研究者が研究室のベンチにいて、いつの日か単一の細胞から新しい組織や臓器を成長させる方法を考えています。 それがサイエンスフィクションの映画のようなものだと思うなら、あなたは一人ではありません。 しかし、この研究は、医療専門家が現実の世界でさまざまな人間の病気を治療する方法を変える科学的な進歩をもたらす可能性があります。
この研究の最終的な目標は広いかもしれませんが、研究対象は非常に小さいため、肉眼でさえ見ることはできません。 主題は 幹細胞. それらのユニークな特徴のおかげで、これらの驚くべき細胞は科学と医学の未来を変える可能性を秘めています。
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幹細胞とは何ですか？
あなたは有性生殖が一緒になって形成するために精子細胞と卵細胞を必要とすることを知っています 接合子 受精を介して。 この単一の真核細胞は、遺伝情報の完全な補足を含み、あなた自身のような複雑な多細胞生物に分裂する可能性があります。
しかし、その単一の細胞が人体の何兆もの細胞にどのように分裂するのか疑問に思ったことはありませんか？ そして、たった1つの細胞が、たとえば皮膚細胞と脳細胞の両方など、非常に多くの異なる種類の細胞をどのようにして生み出すことができるでしょうか。
接合子が分裂し始めると（子宮に移植される前に）、結果として生じる細胞は実際には幹細胞です。 科学者たちは、これらの柔軟な細胞は両方とも 増殖性 そして 多能性. これは、細胞が容易に分裂して、さらに多くの細胞を生成することを意味します。そして、幹細胞を介してあらゆる種類の特殊な細胞に成長することができます。 差別化.
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幹細胞の構造
一見、幹細胞の部分は表面上はそれほど特別なようには見えません。 人体のすべての細胞と同様に、幹細胞はすべていくつかの共通の構造を共有しています。 これらには以下が含まれます：
- A 細胞膜、これは細胞を取り巻く脂質二重層であり、一部の物質を細胞に侵入させ、他の物質を侵入させないようにします。
-
細胞質、セル内の液体ブロスです。
- A 核、DNAとして保存されているすべての細胞の遺伝情報が含まれています。
卵管での受精と子宮への着床の間に、胚は単純な幹細胞のシートから組織化された細胞群に変化します。 原腸陥入 –3つで 胚葉. これらは最終的に、（まだ非常に小さいですが）人間の胎児全体を構成する多くの細胞型、組織、および器官すべてを生じさせます。
と呼ばれる最外層 外胚葉、皮膚細胞と神経系組織を生じさせます。 中間層、または 中胚葉、血球、結合組織、筋肉細胞、胎児を生かし続ける胎盤組織を生成します 子宮内. と呼ばれる内部層 内胚葉、腸、肺、泌尿生殖器の内壁を作成します。
多能性のおかげで、幹細胞は分化し、着床後にこれらの細胞型のいずれかになります。 胚の正常な発達に関連するこれらの幹細胞は、科学者が使用する3種類の幹細胞の1つです。 研究者はそれらを呼びます ヒト胚性幹細胞、またはhESC。
胚性幹細胞
科学者が使用する胚性幹細胞は、実際の人間の卵管内の伝統的な受精に由来するものではありません。 代わりに、科学者はを使用して試験管でそれらを作成します 試験管内で 受精（IVF）。 これらの胚性幹細胞は、一般に、IVFを使用して家族を作成した人々がプロセスを終了し、余分な凍結胚を（破壊するのではなく）科学に寄付した後、研究室に行き着きます。
研究者にとって、他の種類の幹細胞と比較して、胚性幹細胞を使用することには一定の利点があります。 胚性幹細胞は手に入れるのがかなり簡単で、培養で成長するのも簡単です。 最も重要なことは、胚性幹細胞は真に空白のスレートであり、幹細胞の分化時に本質的にあらゆる種類の細胞を生じさせる可能性があることです。
胚性幹細胞株
生きている子宮に着床した後の細胞と同じように、実験室の胚性幹細胞は自然に凝集して 胚様体 特殊な細胞に分化し始めます。 培養で胚性幹細胞を増殖させる科学者は、これが起こらないように増殖培地で特定の条件を維持する必要があります。
幹細胞を分化させることなく増殖させることにより、科学者は 胚性幹細胞株. その後、科学者はこれらの細胞株を凍結し、研究プロジェクトやさらなる培養のために他の研究室に送ることができます。 細胞株としての資格を得るには、胚性幹細胞は次の条件を満たしている必要があります。
- 少なくとも6ヶ月間細胞培養で未分化に成長します。
- 多能性であるか、任意の細胞型に分化することができます。
- 遺伝的異常はありません。
研究者が胚性幹細胞株の細胞が特定の種類の細胞になる準備ができたとき 研究プロジェクトでは、培地を変更するか、特定の遺伝子を幹細胞に注入して幹細胞をトリガーするだけです。 差別化。
成体幹細胞
完全に発達した人体の多くの成熟した組織は、雨の日のためにいくつかの未分化細胞にぶら下がっていることがわかります。 これら 成体幹細胞 –時々呼ばれる 体細胞 幹細胞–体が新しい細胞を必要とするときに活性化します。 これは、正常な細胞の代謝回転と成長を説明し、怪我や病気の後に組織を修復するために起こります。
科学者たちは、次のようなさまざまな臓器や組織で成体幹細胞を発見しました。
- 血管。
- 骨髄。
- 脳。
- 腸。
- ハート。
- 肝臓。
- 卵巣。
- 末梢血。
- 骨格筋。
- 歯。
- 精巣。
成体幹細胞は一般的に特定の領域に見られます 幹細胞ニッチ. あらゆる細胞型に分化できる胚性幹細胞とは異なり、成体幹細胞の分化は限られており、組織特異的です。 これは、成体幹細胞は通常、それらが存在する組織に関連する細胞型のみに分化することを意味します。
たとえば、脳内の成体幹細胞は、神経細胞または非神経脳細胞になります。 その他のよく知られている成体幹細胞とその特殊な細胞型は次のとおりです。
- 造血幹細胞 骨髄に見られ、赤血球や免疫系細胞などの血球を発生させます。
- 間葉系幹細胞 骨髄（および他のいくつかの組織）に見られ、骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、間質細胞を生じさせます。
- 上皮幹細胞 腸の内壁の奥深くに見られ、 吸収性 細胞、 ゴブレット 細胞、 腸内分泌 細胞と パネート 細胞。
- 皮膚幹細胞 皮膚の基底層に見られ、 ケラチノサイト 皮膚の表面に保護層を作ります。
成体幹細胞の分化
科学者たちは実験で、いくつかの成体幹細胞が特殊な細胞に分化することを観察しました 胚性幹細胞の貴重な多能性に類似している予想される細胞型以外。 しかし、これは 分化転換 まれであり、発生した場合にのみ幹細胞の小さなセグメントに影響を与えます。 研究者は、それが人間で起こるかどうか確信がありません。
成体幹細胞には、科学者にとっていくつかの欠点があります。 それらはまれであり、実験室で成長させるのは困難です。 また、分裂できる量や細胞の種類にも制限があります。 ただし、成体幹細胞には1つの明確な利点があります。それは、おそらくトリガーする可能性が低いことです。 免疫拒絶反応 患者自身の体から採取できるからです。
幹細胞の3番目のタイプ
2006年に、研究者はもう1つのタイプの幹細胞を発見しました。 人工多能性幹細胞、またはiPS細胞。 これらは、科学者が胚性幹細胞のように機能するように再プログラムする成体幹細胞です。 ただし、人工多能性幹細胞と胚性幹細胞の間に意味のある臨床的差異があるかどうかはまだ明らかではありません。 科学者はすでに、医薬品開発や研究目的での人間の病気のモデリングなどの重要な作業にiPS細胞を使用しています。
研究者がこれらの人工多能性幹細胞をより直接的な用途に使用する前に克服しなければならない技術的ハードルがあります。 これらの幹細胞が胚性幹細胞と根本的に異ならないことを確認することに加えて 細胞、研究者は最初に人工多能性幹細胞を作るための新しい技術を考案する必要があります 場所。 現在の方法では、再プログラミングの手段としてウイルスを使用しており、動物実験で癌などの深刻な副作用が示されています。
幹細胞の臨床応用
科学者たちは、製薬業界向けの新薬をスクリーニングし、研究プロジェクトの病気のモデルとして機能することに加えて、幹細胞が新しい（そして刺激的な）ものになるかもしれないと信じています 細胞ベースの治療 可能。 これは、いつの日かラボが臓器や組織の提供者に頼るのではなく、移植を必要とする人々のために新しい臓器や組織を育てるかもしれないことを意味します。
これは、幹細胞を使用して慢性心臓病の人々に移植できる心筋細胞を作る科学者のように見えるかもしれません。 現在の動物実験では、正確なメカニズムはまだ不明ですが、骨髄からの間質幹細胞がこの用途に有望であることが示唆されています。 科学者たちは、幹細胞が新しい心筋細胞や血管細胞を生み出すのか、それともまったく別のことをするのかを確信していません。
別の理論的な例は1型糖尿病です。 科学者たちは、ヒト胚性幹細胞をインスリンを産生する細胞に分化させることを望んでいます。 糖尿病患者の免疫システムはこれらの細胞を破壊し、彼らが仕事をすることを禁じています。 科学者たちは、いつの日か幹細胞をインスリン産生細胞に分化させ、患者に移植できるのではないかと考えています。
心臓病と糖尿病に加えて、科学者はこの医学の進歩が影響を与える可能性があると信じている他の人間の病気と状態は広く、以下を含みます：
- やけど。
- 視力喪失を引き起こす可能性のある黄斑変性症。
- 変形性関節症および関節リウマチ。
- しびれ、機能喪失、麻痺を引き起こす可能性のある脊髄損傷。
- 脳卒中。
克服するハードル
もちろん、これらの新しい治療法を実際の患者にもたらすには、科学者がこの理論的プロセスのすべてのステップを習得する必要があります。 これは、次のことを行う必要があることを意味します。
- 組織や臓器を物理的に構築するのに十分な幹細胞を成長させます。
- 幹細胞を刺激して、正しい細胞型に分化させます。
- 分化した幹細胞が患者の体内で生き残ることができることを確認してください。
- 分化した幹細胞が患者の体内のレシピエント組織に適切に組み込まれていることを確認してください。
- 新しい組織または臓器が、患者の生涯を通じて構築された仕事をすることを合理的に期待します。
- 新しい細胞が癌などの患者に付随的な害を引き起こさないことを確認してください。
幹細胞の定義によれば、これらのステップは胚性幹細胞を使用して達成できるように見えますが、複数の面で長年の真剣な研究が必要になります。 これが、幹細胞研究が専門科学において非常に活発な分野である理由であり、また、多くの科学の教師や学生にとって最重要事項である理由でもあります。
幹細胞研究の最終的な結果はまだ先にあるかもしれませんが、一般的な理解を深めます 幹細胞の構造と幹細胞の分化がどのように機能するかは、この新興の一部となるための素晴らしい方法です。 理科。