骨髄

細胞レベルでは、骨髄の主要な機能的構成要素は、血液細胞とリンパ球に成熟する運命にある前駆細胞です。ヒトの骨髄は、1日に約5000億個の血液細胞を産生します。^{[ 10 ]}骨髄には、循環血液中に存在する3種類の血液細胞、すなわち白血球（白血球）、赤血球（赤血球）、血小板（血栓細胞）を生み出す造血幹細胞が含まれています。^{[ 11 ]}

骨髄の間質には、造血という主要な機能に直接関与しないすべての組織が含まれます。[ 6 ]^間質細胞は、造血細胞の機能と分化に影響を与える特殊な微小環境を提供することで、間接的に造血をサポートします。たとえば、血液細胞の形成を調節する上で重要な役割を果たす コロニー刺激因子を産生します。

骨髄間質を構成する細胞の種類には、以下のものがある。

• 線維芽細胞（細網結合組織）
• マクロファージは、ヘモグロビン合成に必要な鉄を供給することで、特に赤血球の産生に貢献する。
• 脂肪細胞
• 骨芽細胞（骨を合成する細胞）
• 破骨細胞（骨を吸収する細胞）
• 類洞を形成する内皮細胞。これらは骨髄にも存在する内皮幹細胞に由来する。 ^{[ 11 ]}

骨髄が血液中の抗原に対するT細胞応答のプライミング部位であることは、2003年に初めて報告された。^{[ 13 ]}成熟した循環ナイーブT細胞は、動脈と細動脈を通過した後、骨髄洞にホーミングする。^{[ 14 ]}それらは洞内皮を通過して樹状細胞（DC）を含む実質に入る。樹状細胞は抗原の取り込み、処理、提示の能力を持つ。^{[ 13 ]}実質内の抗原特異的T細胞と抗原提示DC（APC）との特異的な相互作用により、T-APCクラスターが急速に形成され、続いてT細胞の活性化、T細胞の増殖、T細胞の血液への再循環が起こる。^{[ 13 ]}これらの知見は、2013年にマウスの頭蓋骨のin situ二光子動態イメージングによって裏付けられ、拡張された。^{[ 15 ]}

骨髄は、遊走性記憶T細胞の巣であり^{[ 16 ]}、形質細胞の聖域である^{[ 17 ]} 。これは適応免疫とワクチン学に影響を与える^{[ 17 ]} 。記憶B細胞とT細胞は、間質細胞によって組織された専用の生存ニッチで実質内に持続する^{[ 18 ]} 。この記憶は、静止細胞の形で長期間維持される^{[ 18 ]}か、抗原の再刺激を繰り返すことによって維持される^{[ 19 ]} 。骨髄は、食事制限中に免疫記憶を保護し最適化する^{[ 20 ]} 。がん患者では、がん反応性記憶T細胞が骨髄に自然に、または特定のワクチン接種後に発生する可能性がある。^{[ 21 ]}骨髄は、i) 造血、ii) 骨形成、iii) 免疫応答、iv) 自己抗原と非自己抗原の識別、v) 中枢免疫調節機能、vi) 記憶細胞の貯蔵、vii) 中枢神経系の免疫監視、viii) エネルギー危機への適応、ix) 組織修復のための間葉系幹細胞の供給など、さまざまな免疫活動の中心である。^{[ 22 ]}

骨髄間質には、骨髄間質細胞としても知られる間葉系幹細胞（MSC）^{[ 11 ]}が含まれています。これらは、さまざまな細胞型に分化できる多能性幹細胞です。MSCは、試験管内または生体内で、骨芽細胞、軟骨細胞、筋細胞、骨髄脂肪細胞、β膵島細胞に分化することが示されています。

骨髄の血管は障壁を形成し、未熟な血液細胞が骨髄から出るのを阻害します。成熟した血液細胞のみが、血管内皮に付着して通過するために必要なアクアポリンやグリコフォリンなどの膜タンパク質を含んでいます。[ 23 ]造血幹細胞も骨髄障壁^{を通過する}ことができ、血液から採取することができます。

赤色骨髄はリンパ系の重要な要素であり、未熟な造血前駆細胞からリンパ球を生成する主要なリンパ器官の1つである。^{[ 24 ]}骨髄と胸腺は、リンパ球の産生と初期選択に関与する主要なリンパ組織を構成する。さらに、骨髄はリンパ系におけるリンパ液の逆流を防ぐ弁のような機能を果たす。

骨髄内では生物学的区画化が顕著であり、特定の細胞型は特定の領域に集まる傾向がある。例えば、赤血球、マクロファージ、およびそれらの前駆細胞は血管の周囲に集まる傾向があり、顆粒球は骨髄の境界に集まる。^{[ 11 ]}

正常な骨髄構造は、再生不良性貧血、多発性骨髄腫などの悪性腫瘍、または結核などの感染症によって損傷または変位し、血球および血小板の産生の減少につながる可能性があります。骨髄は、その造血前駆細胞を攻撃するさまざまな形態の白血病によっても影響を受ける可能性があります。 ^{[ 26 ]}さらに、放射線または化学療法への曝露は、骨髄の急速に分裂する細胞の大部分を死滅させ、その結果、免疫系の低下を引き起こします。放射線中毒の症状の多くは、骨髄細胞が受けた損傷によるものです。

骨髄に関わる疾患を診断するために、骨髄穿刺が行われることがある。これは通常、全身麻酔または局所麻酔下で、中空の針を用いて腸骨稜から赤色骨髄のサンプルを採取するものである。^{[ 27 ]}

医用画像診断では、骨髄に関する情報は限られている。単純X線撮影では、骨髄などの軟組織を透過するため、骨の構造変化は検出できるものの、骨髄を可視化することはできない。^{[ 28 ]} CT画像診断では、感度と特異度は低いものの、骨髄腔の評価能力はやや優れている。例えば、成人の長骨にある正常な脂肪性の「黄色」骨髄は、皮下脂肪と軟組織の中間の低密度（-30～-100ハウンズフィールド単位）である。正常な「赤色」骨髄や骨髄腔内の癌細胞など、細胞構成が増加した組織は、密度が変動的に高くなる。^{[ 29 ]}

MRIは骨組成の評価において、より感度と特異度が高い。MRIは軟部組織の平均的な分子組成を評価できるため、骨髄の相対的な脂肪含有量に関する情報が得られる。成人では、「黄色」の脂肪骨髄が骨、特に（末梢の）四肢骨格において主要な組織である。脂肪分子はT1緩和率が高いため、T1強調画像では「黄色」の脂肪骨髄は明るく（高信号）映る。さらに、正常な脂肪骨髄は、皮下脂肪と同様のパターンで、脂肪抑制画像では信号が減弱する。

「黄色」の脂肪性骨髄が細胞構成の多い組織に置き換わると、この変化はT1強調画像で輝度の低下として現れます。正常な「赤色」骨髄と病的な骨髄病変（癌など）は、T1強調画像では「黄色」骨髄よりも暗く映りますが、隣接する軟部組織のMR信号強度と比較することで区別できる場合が多くあります。正常な「赤色」骨髄は、通常、T1強調画像では骨格筋や椎間板と同等かそれ以上の明るさです。^{[ 8 ] [ 30 ]}

脂肪性骨髄変化は、赤色骨髄過形成の逆であり、正常な加齢に伴って発生する可能性があるが、^{[ 31 ]}放射線療法などの特定の治療でも見られることがある。造影剤増強や皮質不連続を伴わないびまん性骨髄T1低信号は、赤色骨髄転換または骨髄線維症を示唆する。びまん性多発性骨髄腫や白血病浸潤では、水と脂肪の比率が十分に変化していない場合、T1で偽正常骨髄が見られることがあり、これは低悪性度腫瘍や疾患の初期段階で見られることがある。^{[ 32 ]}

骨髄検査とは、生検や骨髄穿刺によって採取した骨髄サンプルの病理学的分析のことです。骨髄検査は、白血病、多発性骨髄腫、貧血、汎血球減少症など、多くの疾患の診断に用いられます。骨髄は、血小板、赤血球、白血球など、血液の細胞成分を産生します。静脈から採血した血液自体を検査することで多くの情報を得ることができますが、造血に関するより詳細な情報を得るためには、骨髄内の血液細胞の起源を調べる必要がある場合もあります。これが骨髄穿刺と生検の役割です。

骨髄系細胞と赤血球系の比率は、骨髄機能だけでなく、白血病や貧血などの骨髄や末梢血の疾患にも関係しています。正常な骨髄系細胞と赤血球系の比率は約3:1ですが、この比率は骨髄性白血病では増加し、多血症では減少し、サラセミアでは逆転することがあります。^{[ 33 ]}

骨髄移植では、造血幹細胞が人から採取され、別の人（同種移植）または後日同じ人に注入されます（自家移植）。ドナーとレシピエントが適合すれば、注入された細胞は骨髄に移動し、血液細胞の産生を開始します。先天性欠損、自己免疫疾患、悪性腫瘍などの重篤な骨髄疾患の治療のために、人から人への移植が行われます。患者自身の骨髄は、まず薬剤または放射線によって破壊され、その後、新しい幹細胞が導入されます。がんの場合、放射線療法または化学療法の前に、患者の造血幹細胞の一部が採取され、治療終了後に免疫系を回復するために注入されることがあります。^{[ 34 ]}

骨髄幹細胞は神経細胞に分化誘導して神経疾患を治療することができ、^{[ 35 ]}また炎症性腸疾患などの他の疾患の治療にも使用できる可能性がある。^{[ 36 ]} 2013年、臨床試験の後、科学者たちは抗レトロウイルス薬と併用して骨髄移植をHIVの治療に使用できると提案したが、 ^{[ 37 ] [ 38 ]}後に被験者の体内にHIVが残っていることが判明した。^{[ 39 ]}

化学療法後に最もダメージを受ける体の部位の1つは、通常、子宮です。がん治療による子宮の損傷後、卵胞の損傷により、生存可能な卵子が存在しても妊娠が困難になります。骨髄幹細胞移植により、化学療法を受けた患者は卵胞の損傷が修復されるため、妊孕性を高めることができました。^{[ 43 ]}卵胞は卵子が子宮内膜に付着するために必要であるため、妊孕性を高めるにはこれらの部位を修復することが重要です。卵子と卵胞に損傷を受けた人では、骨髄幹細胞移植後に体外受精がより効果的であることがわかっています。^{[ 44 ]}

あるヒトの臨床例では、骨髄幹細胞移植後に子宮内膜の厚さと子宮内膜全体の修復が改善したことが示されています。^{[ 45 ]}この修復により、患者は妊娠して出産まで無事に過ごすことができました。

骨髄幹細胞移植後の子宮内膜への追加的な修復には、血管新生と鉄分の増加が含まれ、卵子の着床は血流の多い領域に集中する。^{[ 44 ] [ 46 ]}

定量的ポリメラーゼ連鎖反応（qPCR）と次世代シーケンシング（NGS）を用いて、個人あたり最大5種類のDNAウイルスが同定された。これには、数種類のヘルペスウイルス、B型肝炎ウイルス、メルケル細胞ポリオーマウイルス、ヒトパピローマウイルス31が含まれる。これらのウイルスの再活性化および/または発癌性の可能性を考慮すると、造血器疾患および悪性疾患への影響についてさらなる研究が必要である。^{[ 47 ]}