幹細胞療法

再生療法を目的とした幹細胞のほとんどは、一般的に患者の骨髄または脂肪組織から分離されます。^{[ 15 ] [ 16 ]}間葉系幹細胞は、骨、軟骨、腱、靭帯、筋肉、神経、その他の前駆組織を構成する細胞に分化することができます。これらは、これらの組織に影響を与える疾患の治療において研究されてきた主要なタイプの幹細胞です。^{[ 17 ] [ 18 ]}損傷した組織に移植される幹細胞の数は、治療の有効性を変える可能性があります。したがって、たとえば骨髄吸引液から得られた幹細胞は、数百万個の細胞に増殖するために専門の研究室で培養されます。^{[ 15 ] [ 16 ]}脂肪由来組織も使用前に処理が必要ですが、脂肪由来幹細胞の培養方法は、骨髄由来細胞の培養方法ほど広範ではありません。^{[ 19 ]}骨髄由来幹細胞は骨、軟骨、靭帯、腱の修復に好ましいと考えられているが、脂肪由来幹細胞分画は採取技術が容易で、多細胞微小環境が既に存在するため、自家移植には脂肪由来幹細胞が好ましい供給源であると考える人もいる。^{[ 20 ]}

間葉系幹細胞の新たな供給源が研究されており、皮膚や真皮に存在する幹細胞は、動物へのリスクを最小限に抑えながら容易に採取できるため注目されている。^{[ 21 ]}また、造血幹細胞も血流中を移動しており、他の間葉系幹細胞と同等の分化能力を持ち、非常に非侵襲的な採取技術で採取できることが発見されている。^{[ 22 ]}

近年、胚外間葉系幹細胞の利用への関心が高まっている。様々な動物の臍帯、卵黄嚢、胎盤に見られる幹細胞の分化能力を調べる研究が進められている。これらの幹細胞は、成体の幹細胞よりも分化能力が高く、内胚葉および外胚葉由来の組織をより容易に形成する能力も持つと考えられている。^{[ 23 ]}

指向性分化によって機能的な成体組織を培養下で無期限に増殖させる能力は、創薬研究に新たな機会をもたらします。研究者は分化細胞株を増殖させ、各細胞タイプに対して新薬を試験し、生体内試験を行う前に生体外で相互作用の可能性を調べることができます。これは、種特異的な相互作用の可能性から、獣医学研究で使用する薬剤の開発において非常に重要です。これらの細胞株を研究に利用できるようになれば、生体外でのヒト組織への影響が動物実験段階以前には通常は知られていない知見をもたらすため、実験動物の使用を減らすことができると期待されています。^{[ 28 ]}

誘導多能性幹細胞（iPSC）の出現により、絶滅危惧種の低生産性動物に使用できる治療法が研究され、開発されている。限られた数の胚や卵子を採取する代わりに、研究者は非侵襲的な技術により動物への危険性を大幅に軽減しながら、より容易に間葉系幹細胞を採取することができる。これにより、限られた卵子を繁殖目的のみに使用できるようになる。^{[ 28 ]}

研究や治療用途に用いるには、大量の高品質な幹細胞が必要となる。そのため、幹細胞の潜在能力を損なうことなく、組織特異的な幹細胞の純粋な集団を体外で生産する培養システムを開発する必要がある。この目的のために、主に2次元細胞培養と3次元細胞培養の2つのアプローチが取られている。^{[ 29 ]}

二次元細胞培養は、過去40年間、世界中の何千もの研究室で日常的に行われてきました。二次元プラットフォームでは、細胞は通常、基底面で固体の硬い平らな表面に、頂端面で液体にさらされます。このような二次元硬質基質に生息するには、生存する細胞にとって劇的な適応が必要です。なぜなら、細胞は各細胞型に固有の細胞外マトリックスを欠いており、それが細胞代謝を変化させ、その機能を低下させる可能性があるからです。^{[ 29 ]}

三次元細胞培養システムは、幹細胞の本来の三次元細胞外マトリックス（ECM）に似た、生体模倣的な微小環境を作り出すことができる。近年の高度な生体材料は、三次元細胞培養システムに大きく貢献しており、幹細胞の増殖と制御された分化を改善するために、よりユニークで複雑な生体材料が提案されている。中でも、ナノ構造生体材料は、表面積対体積比が高いという利点があり、ナノスケールで天然ECMの物理的および生物学的特徴を模倣するため、特に注目されている。^{[ 29 ]}

幹細胞は、5つの主要なメカニズムを介して修復を媒介すると考えられています。1) 抗炎症効果を提供する、2) 損傷した組織にホーミングし、組織の成長に必要な内皮前駆細胞などの他の細胞を動員する、3) 瘢痕形成よりも組織リモデリングをサポートする、4)アポトーシスを阻害する、5) 骨、軟骨、腱、靭帯組織に分化する。^{[ 30 ] [ 31 ]}

損傷部位への血流をさらに増加させ、結果として組織再生を促進するために、血小板豊富血漿を幹細胞移植と併用することができる。^{[ 20 ] [ 15 ]}一部の幹細胞集団の有効性は、投与方法によっても影響を受ける可能性がある。たとえば、骨を再生するために、幹細胞はしばしば足場に導入され、そこで機能的な骨の生成に必要なミネラルを生成する。^{[ 20 ] [ 15 ] [ 32 ] [ 16 ]}

幹細胞は、表面に存在するMHC分子の数が比較的少ないため、免疫原性が低いことが示されている。さらに、幹細胞は免疫応答を変化させ、新しい組織に対する寛容を促進するケモカインを分泌することがわかっている。これにより、拒絶反応のリスクを高くすることなく同種移植治療を行うことができる。^{[ 23 ]}

組織再生の手段としての幹細胞療法の獣医学的応用は、骨、軟骨、靭帯、腱に影響を与える損傷や欠損のある動物を治療するために成体由来の間葉系幹細胞を使用することから始まった研究によって大きく形作られてきました。 ^{[ 92 ] [ 17 ] [ 93 ]}治療に使用される幹細胞には主に2つのカテゴリーがあります。同じ種内の遺伝的に異なるドナーから得られた同種幹細胞^{[ 16 ] [ 94 ]}と、さまざまな治療に使用される前に患者から採取された自家間葉系幹細胞^{[ 20 ]}です。3番目のカテゴリーである異種幹細胞、つまり異なる種から得られた幹細胞は、主に研究目的、特にヒトの治療に使用されます。^{[ 28 ]}

骨には、骨折やその他の一般的な損傷を修復するのに通常十分な、独特で十分に文書化された自然治癒プロセスがあります。重度の外傷による位置ずれ骨折や、骨癌の腫瘍​​切除などの治療は、自然プロセスだけに任せると不適切な治癒を起こしやすいです。天然および人工成分で構成された足場に間葉系幹細胞を播種し、欠損部に配置します。足場を配置してから4週間以内に、新しく形成された骨が古い骨と統合し始め、32週間以内に完全な癒合が達成されます。^{[ 95 ]}骨折の治療に細胞ベースの治療法を使用することを完全に特徴付けるには、さらなる研究が必要です。

幹細胞は犬の変性骨疾患の治療に用いられてきた。レッグ・カルベ・ペルテス病の犬に対する通常の推奨治療法は、変性が進行した後に大腿骨頭を切除することである。近年、間葉系幹細胞を大腿骨頭に直接注入することで、骨再生だけでなく疼痛軽減にも成功している。^{[ 95 ]}

靭帯損傷、腱損傷、変形性関節症、骨軟骨症、および軟骨下骨嚢胞に対する自家幹細胞ベースの治療法は、米国では2003年から、英国では2006年から、獣医師が馬の治療に利用できるようになっています。犬の腱損傷、靭帯損傷、および変形性関節症に対する自家幹細胞ベースの治療法は、米国では2005年から獣医師が利用できるようになっています。3000頭以上の個人所有の馬と犬が、自家脂肪由来幹細胞で治療されています。これらの治療法の有効性は、股関節と肘の変形性関節症の犬と腱損傷のある馬を対象とした二重盲検臨床試験で実証されています。^{[ 96 ] [ 97 ]}

競走馬は腱や靭帯の損傷を受けやすい。従来の治療法では、馬を本来の機能に戻すことはほとんどできない。従来の治療法によって誘導される自然治癒は、柔軟性と関節の完全な可動域を低下させる線維性瘢痕組織の形成につながる。従来の治療法では、多くの馬が完全な活動に戻ることができず、瘢痕化した腱の硬さのために再負傷の発生率も高い。骨髄および脂肪由来幹細胞の導入と自然な機械的刺激により、腱組織の再生が促進された。自然な動きにより、新しい線維と腱細胞が損傷を受けていない腱に見られる自然な配列に整列した。幹細胞治療により、より多くの馬が完全な活動に戻ることができただけでなく、3年間で再負傷率も大幅に低下した。^{[ 23 ]}

胚性幹細胞の使用は腱の修復にも応用されている。胚性幹細胞は腱内での生存率が高く、損傷した腱のすべての領域に到達する移動能力も優れていることが示されている。全体的な修復の質も高く、腱の構造とコラーゲンの形成も良好であった。また、3か月の実験期間中に腫瘍形成は見られなかった。胚性幹細胞の使用に伴う長期的な有効性とリスクを調べるために、長期的な研究を実施する必要がある。^{[ 23 ]}同様の結果は小動物でも見つかっている。^{[ 23 ]}

幹細胞は、犬の心筋梗塞後の心臓の治癒を促進するために効果的に使用されてきた。脂肪および骨髄由来の幹細胞を採取し、心臓に注入する前に心筋細胞への分化を誘導した。幹細胞を適用してから4週間後、心臓の収縮性が改善され、損傷領域が減少していることがわかった。^{[ 99 ]}

2007年、心臓欠損部における組織再生を誘導するために、幹細胞を「播種」した多孔質物質製のパッチの臨床試験が行われた。組織は再生し、パッチは心臓組織によく組み込まれた。これは、血管新生の改善と炎症の軽減が一因と考えられている。間葉系幹細胞から心筋細胞が産生されたものの、収縮性は認められなかった。移植前に細胞に心臓への分化を誘導する他の治療法では、収縮性心臓組織の形成においてより大きな成功を収めた。^{[ 100 ]}

2018年の研究では、欧州のnTRACK研究プロジェクトのように、多モードナノ粒子が筋再生療法における幹細胞の構造的および機能的な追跡を可能にすることを実証することを目指している。そのアイデアは、取り込み、機能、安全性が完全に特性評価された金ナノ粒子で幹細胞を標識することである。標識された幹細胞は損傷した筋肉に注入され、イメージングシステムを使用して追跡される。^{[ 101 ]}しかし、このシステムはまだ実験室規模で実証する必要がある。

脊髄損傷は、動物病院に持ち込まれる最も一般的な外傷の 1 つです。^{[ 95 ]}脊髄損傷は、外傷後に 2 つの方法で発生します。一次的な機械的損傷と、外傷後数日間の炎症や瘢痕形成などの二次的なプロセスです。二次的な損傷反応に関与するこれらの細胞は、瘢痕形成を促進し、細胞再生を阻害する因子を分泌します。神経細胞の運命に誘導された間葉系幹細胞は、多孔質の足場に搭載され、損傷部位に移植されます。細胞と足場は、瘢痕形成細胞によって分泌される因子に対抗し、神経再生を促進する因子を分泌します。8 週間後、幹細胞で治療された犬は、従来の治療を受けた犬よりも大幅に改善しました。幹細胞で治療された犬は、従来の治療を受けた犬では見られなかったように、時折自分の体重を支えることができました。^{[ 102 ] [ 103 ] [ 104 ]}

レーザー活性化非増殖脂肪由来幹細胞を用いた犬の実験的に誘発されたMSの治療を評価する研究において、結果は、MRIで以前の病変の消失によって確認された、時間の経過とともに臨床症状の改善を示した。注入された細胞が病変部位に正に移動し、ミエリン塩基性タンパク質によって検出される再ミエリン化の増加、Olig2陽性オリゴデンドロサイトへの正の分化、グリア瘢痕形成の防止、および軸索構造の回復が認められた。^{[ 39 ]}

末梢神経の修復と再生のための治療法も臨床試験中です。末梢神経は損傷を受けやすいですが、損傷の影響は脊髄損傷の場合ほど広範囲に及びません。切断された神経を修復するための治療法が現在臨床試験中で、初期段階では成功を収めています。神経細胞への分化を誘導した幹細胞を切断された神経に注入します。4週間以内に、以前に損傷を受けた幹細胞の再生と完全に形成された神経束が観察されました。^{[ 21 ]}

幹細胞は眼科治療の臨床段階にもあります。造血幹細胞は、数頭の馬のさまざまな原因による角膜潰瘍の治療に使用されています。これらの潰瘍は従来の治療法に抵抗性がありましたが、幹細胞治療にはすぐに良好な反応を示しました。幹細胞はまた、網膜剥離を起こした馬の片眼の視力を回復させ、馬が日常生活に戻れるようにしました。^{[ 22 ]}

幹細胞は保全活動への利用が検討されている。ラットから精原幹細胞を採取し、マウスに移植したところ、生存可能な子孫を産む能力を持つ完全に成熟した精子が得られた。現在、ドナー精原幹細胞を導入するのに適した宿主を見つけるための研究が進められている。これが保全活動家にとって実行可能な選択肢となれば、性成熟に達する前に死亡した遺伝的に優れた個体から精子を生産することができ、そうでなければ失われてしまう系統を保存することができる。^{[ 105 ]}

1990年代後半から2000年代初頭にかけて、健康上の主張を裏付けたり規制当局の承認を得たりすることなく、幹細胞療法を提供する企業やクリニックが最初に現れました。^{[ 106 ]} 2012年までに、医療規制が緩い発展途上国に拠点を置き、医療ツーリズムのモデルで幹細胞療法を提供する企業やクリニックの第二波が出現しました。^{[ 107 ] [ 108 ]}第一波の企業やクリニックと同様に、主に米国、メキシコ、タイ、インド、南アフリカのクリニックが、同様に強力だが裏付けのない主張を行いました。^{[ 107 ] [ 108 ]} 2016年までに、調査によると、米国だけでも550以上の幹細胞クリニックがあり、国内のほぼすべての州で、さまざまな病状に対して一般的に証明されていない治療法を販売しており、^{[ 109 ]}幹細胞ツーリズムの力学を変えています。 2018年、FDAはサンディエゴのStemGenex Biologic Laboratoriesに警告書を送付した。同社は、人から体脂肪を採取し、それを様々な形態の幹細胞を含む混合物に加工し、吸入、静脈注射、または脊髄への注入によって人に投与するというサービスを販売していた。同社は、この治療法は多くの慢性疾患や生命を脅かす疾患に有効であると主張していた。^{[ 110 ]}

一般的なマーケティング戦術の 1 つは、臨床試験に関する米国政府のデータベースであるClinicalTrials.govに登録することです。研究の登録は当局に通知しますが、審査が行われたことを証明するものではありません。同様に、FDA への登録は承認が与えられたことを証明するものではありません。^{[ 111 ]}

幹細胞治療の費用は、クリニック、疾患、細胞の種類によって大きく異なりますが、最も一般的な範囲は 10,000 ドルから 20,000 ドルです。^{[ 112 ]}保険はクリニックでの幹細胞注射をカバーしていないため、患者はオンラインでの資金調達を利用することがよくあります。^{[ 113 ]} 2018 年、米国連邦取引委員会は、幹細胞治療について根拠のない主張をしている医療センターと医師を発見し、約 50 万ドルの返金を強制しました。 ^{[ 114 ]} FDA はほぼ同時期に、未承認の脂肪由来幹細胞製品の販売と使用に対する永久差止命令を求めて、2 つの幹細胞クリニック企業を提訴しました。^{[ 115 ]}

NIHによると、COVID-19に対する幹細胞治療は承認されておらず、同機関は同疾患に対するMSCの使用を推奨していないが^{[ 116 ]}、一部の幹細胞クリニックは2020年に、未証明かつFDA未承認の幹細胞とエクソソームの両方をCOVID-19向けに販売し始めた^{[ 117 ]}。FDAは、問題となっている企業に書簡を送付することで迅速に対応した^{[ 118 ] [ 119 ]。FTC}も、COVID-19関連の誤解を招くマーケティングを行ったとして、ある幹細胞企業に警告を発した^{[ 120 ] [ 121 ]。}