iPS技術：いつか世界を変える4つの要因…

10年前、ある論文が、当時かなり活況を呈し、競争の激しい研究分野である幹細胞生物学の分野全体に、雷鳴のような衝撃を与えた。京都大学の研究者たちは、適切な因子の組み合わせを過剰発現させるだけで、成体の分化細胞が全能性を獲得できることを示した。(1)

多能性幹細胞（PS細胞）は、無限に自己再生する能力を持ち、多種多様な細胞タイプに分化することができます。2006年以前は、これらの細胞は胚から直接分離されるか、あるいはかなり複雑で手間のかかる手法を用いて未受精卵をリプログラミングすることで得られていました。 言うまでもなく、これらの方法はいずれも現実的ではなく、前者の場合はヒト胚を扱う際に重大な倫理的問題を引き起こす。さらに、ヒト細胞における多能性の研究は非常に困難であり、少々厄介だと言っても過言ではない。数多くの規制の対象となるだけでなく、PS細胞には厳格かつ継続的な管理が必要である。 では、なぜわざわざこれらの細胞を使い続けるのでしょうか？ 体内のさまざまな組織を生み出すことができる細胞があれば、それらの組織がどのように形成されるかを解明する上で大きな関心を集めるだけでなく、組織がどのように再生されるかについても素晴らしい知見が得られるからです。そして、世界的に人口の高齢化が急速に進む中、再生と再生医療には多くの関心が集まっています。

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そこで、山中伸弥氏らが、成体細胞に4つの遺伝子を導入することでPS細胞が得られることを示したとき、それはまさに革命的な出来事でした。彼らはまず、成体の分化細胞（この場合は皮膚由来）が、適切な組み合わせの転写因子を単に発現させるだけで多能性を獲得できるという仮説を立てました。 当初は24個あった因子を、Oct4、Sox2、Klf4、cMyc(2)のわずか4つに絞り込みました。これらは現在、OSKMまたは山中因子として知られています。彼らは、この再プログラム化された細胞を「誘導多能性幹細胞（iPS細胞）」と名付け、翌年にはヒトの皮膚細胞からも同様の細胞を作製できることを実証しました。(3) 事実上無尽蔵なヒト多能性細胞の供給源となるiPS技術は、瞬く間に世界中のほぼすべての研究機関へと広まっていった。

当初、これは細胞治療を一変させる可能性を秘めた画期的な医学的進歩として注目されました。その構想は、患者から容易に入手できる分化細胞を分離し、そこからiPS細胞を作り出し、疾患の原因となる遺伝的欠陥を「修正」した上で、表現型の変化が見られる細胞種（血液細胞、網膜細胞など）へと分化させ、患者の体内に再投与して機能不全に陥った臓器を再生させるというものでした。 しかし、それから約10年が経過した現在、進行中の臨床試験は加齢黄斑変性の治療を目的とした1件のみである。2014年に、患者自身の細胞をリプログラミングおよび分化させて得られた網膜色素上皮（RPE）シートの移植が初めて成功した(4)ものの、1年後に2人目の患者のiPS細胞に遺伝的変異が発見されたことを受け、この試験は中断された。 今年初め、ドナー由来の再プログラム化細胞を初めて移植した患者を対象に試験が再開された(5)が、現時点では、iPS細胞は臨床現場よりも実験室において革命をもたらしていると言える。

iPS細胞は、治療分野ではまだその期待に応えきれていないものの、現在では、発生生物学や再生生物学、神経科学、循環器学、肝臓学、疾患モデル構築、さらには創薬に至るまで、数え切れないほどの分野で日常的に活用されている。この技術により、アルツハイマー病やパーキンソン病など、数多くの疾患の病態メカニズムの解明において大きな進展がもたらされた。

健康なドナーや患者から得られたヒトiPS細胞を、肝細胞や心筋細胞などの特定の細胞種へと分化させ、新薬の毒性を評価する取り組みが数多く行われてきた。CiPA（Comprehensive in vitro Proarrhythmia Assay：包括的in vitro不整脈誘発アッセイ）イニシアチブが提唱する新たなパラダイムにより、これは将来、医薬品の安全性評価における標準的な手法となる可能性さえある。(6) 世界各国（米国、欧州、日本、カナダなど）の研究者、医療機関、非営利団体が結集し、新規分子の潜在的な心毒性を評価するための最適化された基準の策定に注力しているこの組織は、最近、iPS細胞由来心筋細胞を用いたin vitroアッセイの導入を提案した。(7) しかし――残念ながら「しかし」があるのだが――これらのiPS細胞由来細胞の多くは未熟な特徴を示しており、成体の分化細胞というよりは胎児の細胞に類似しているため、最適化されたプロトコルと技術が求められている。

こうした限界に加え、リプログラミングのメカニズムが依然として完全には解明されていないという事実も、非常に興味深いものです。 例えば、そのプロセスを段階的に分解して解析したり、リプログラミングされた細胞の多能性をさまざまな方法で検証したりすることはできますが、その仕組み、すなわち4つの因子がどのようにしてこれほど劇的な運命の変化を誘導するのかについては、依然として正確には分かっていません。こうした疑問や、その他未解決の問題（腫瘍形成のリスクは現実的な障害となっています）がある中で、iPS技術による大きなブレークスルーは、おそらくまだこれから訪れることでしょう。

参考文献：

1. 高橋 健、山中 伸嗣。「特定因子によるマウス胚および成体線維芽細胞培養からの多能性幹細胞の誘導」。『Cell』126, 663–676 (2006)。
2. 同上。
3. Takahashi, K.et al. 「特定因子による成体ヒト線維芽細胞からの多能性幹細胞の誘導」。Cell107, 861–872 (2007).
4. Mandai, M. et al. 「黄斑変性症に対する自家誘導性幹細胞由来網膜細胞」。N. Engl. J. Med.376, 1038–1046 (2017).
5. 日本人男性が、他者から「再プログラム化」された幹細胞を移植された世界初の事例となった。
6. Gintant, G., Fermini, B., Stockbridge, N. & Strauss, D. 「医薬品の安全性評価および創薬におけるヒトiPS細胞由来心筋細胞の役割の変遷」。Cell Stem Cell21, 14–17 (2017).
7. CIPA