一滴の血液を万能細胞に変える方法：幹細胞革命化学物質

最近まで、成体細胞を多能性細胞（あらゆる組織に分化できる細胞）にするには、ウイルスやDNAプラスミドを用いて「山中因子」を導入する必要がありました。しかし今、馮鵬博士率いる米国、日本、フランスの研究者らは、ヒト末梢血細胞を化学的に誘導された多能性幹（hCiPS）細胞へと再プログラム化するには、わずか数種類の小さな有機分子で十分であることを実証しました。この研究はCell Stem Cell誌に掲載されています。

なぜこれが重要なのでしょうか?

• 安全性。ウイルスベクターや外来遺伝子が存在しないことで、突然変異や免疫拒絶のリスクが低減されます。
• 汎用性: 血液は入手しやすい供給源であり、皮膚やその他の組織の生検を行う必要はありません。
• スピード。従来の方法のように数週間から数か月かかるのに対し、わずか12～14日で完了します。
• 翻訳可能性。化学物質はGMP基準に従って標準化および製造が容易です。

二段階化学ハッキングプロトコル

1. 高い可塑性段階（塑性状態）。

   • 血液細胞（単核細胞）は、6つの小さな分子（TNT複合体と呼ぶことにします）を含む培地で培養されます。その中には、以下のものがあります。

     • GSK3βおよびMEK阻害剤、

     • Wntシグナル伝達調節因子、

     • HDAC阻害剤、

     • 特異的な SIRT1 アゴニスト。

   • 6～8日で細胞は「血液」マーカーを失い、多能性遺伝子を活性化できる高度な可塑性上皮の特性を獲得します。

2. 多能性の強化の段階。

   • 多能性の重要な「マスターレギュレーター」である OCT4、SOX2、NANOG 遺伝子の内因性活性化を刺激する 2 つの分子が追加されます。

   • その後 4 ～ 6 日間で、幹細胞の形態と TRA-1-60 および SSEA-4 マーカーの発現を備えた hCiPS 細胞の安定したコロニーが形成されます。

科学者たちは何を得たのでしょうか?

• 効率: 元の血液細胞の最大 0.1% が本格的な hCiPS コロニーを形成します。これは従来のウイルスによる方法に匹敵します。
• 機能性: hCiPS 細胞は、ニューロン、心筋細胞、肝細胞、膵臓 β 細胞など、3 つの胚性胚葉すべてに分化することができます。
• 残留する「化学指紋」なし: ディープシーケンシングにより、外来 DNA が統合されておらず、胚性幹細胞に近いエピジェネティック状態であることが明らかになりました。

医学の展望

1. 造血再生。自家hCiPS細胞を造血系に再導入することで、白血病や免疫不全における数十種類の免疫細胞や血液細胞を再生することができます。
2. オルガノイドと移植。hCiPS細胞から培養されたミニ心臓、肝臓、または膵臓は、疾患モデルとして、また拒絶反応のリスクのない移植のための材料として役立つでしょう。
3. 薬物検査。hCiPSに基づく個別化疾患モデルにより、線条血から疾患を「再現」し、最適な治療法を選択することが可能になります。
4. 美容医療と神経変性医療。hCiPS細胞を真皮幹細胞と神経系に誘導分化させることで、乾癬、アルツハイマー病、パーキンソン病の治療に新たなアプローチがもたらされる。

次は何？

• 効率性の向上。低分子化合物の組成と培養条件を最適化し、hCiPSコロニーの収量を増加させます。
• 安全性と長期追跡調査。in vivoにおけるゲノム安定性と悪性転化の有無を検査。
• 臨床試験。重篤な血液疾患および心筋症の治療におけるhCiPS製品の安全性およびバイオアベイラビリティを評価する第I/II相試験。

「血液細胞幹細胞コードの完全な化学的再起動は真のブレークスルーであり、ウイルス介入なしにアクセス可能で安全な細胞医療への扉を開くものです」とフェン・ペン博士は結論付けています。

著者らはいくつかの重要な点を指摘している。

• ゲノムフリーの安全性
  「hCiPS細胞ゲノムに外来遺伝子が組み込まれていないため、ウイルスによる方法に比べて、腫瘍形成や免疫拒絶のリスクが低減します」と、本研究の筆頭著者であるフェン・ペン博士は強調しています。

• プロトコルの標準化可能性
  「化学的アプローチは、GMP条件下での幹細胞生産の規模拡大と標準化を促進します。6つの小分子の溶液を調製し、厳密なタイミングに従うだけで十分です」と共著者のマリア・レベデヴァ教授は付け加えています。

• 臨床展望
  「私たちは、ウイルスベクターに伴うリスクなしに、hCiPS細胞が造血細胞とβ細胞をどれだけ速く再構築するかを白血病モデルと糖尿病モデルで評価する予定です」とジョナサン・スミス博士は述べています。

• 長期安定性
  「予備データでは、hCiPS は 20～30 回の継代後もゲノムおよびエピジェネティックな安定性を維持することが示されており、これはその後の治療への応用にとって重要です」と山本愛子博士は述べています。

これらのコメントは、血液細胞を化学的に多能性幹細胞に再利用することで、安全性、標準化、個別化再生医療の臨床的可能性が実現できることを強調しています。