幹細胞株

幹細胞株は、体外で培養され、無限に増殖できる幹細胞のグループです。幹細胞株は、動物または人間の組織から得られ、胚性幹細胞、成体幹細胞、または人工多能性幹細胞の 3 つのソースのいずれかから得られます。研究や再生医療でよく使用されます。

定義上、幹細胞には 2 つの特性があります。(1) 自己複製能があり、未分化状態のまま無限に分裂することができます。(2)多能性または多分化能があり、分化して特殊な細胞型を形成することができます。幹細胞の自己複製能により、幹細胞株は体外で無限に培養することができます。

幹細胞株は、 HeLa細胞株などの不死化細胞株とは明確に異なります。幹細胞は本来の特性により培養で無限に増殖することができますが、不死化細胞は通常は無限に分裂することはありませんが、突然変異によりこの能力を獲得しています。不死化細胞株は腫瘍から分離された細胞から生成することも、突然変異を導入して細胞を不死化することもできます。^[1]

幹細胞株も一次細胞とは異なります。一次細胞は分離されてすぐに使用される細胞です。一次細胞は無限に分裂することができないため、体外で長期間培養することはできません。^[要出典]

胚性幹細胞株は、着床前の初期段階の胚である胚盤胞の内部細胞塊から作製される。^[2] ヒトでは、胚盤胞段階は受精後4～5日で起こる。胚性幹細胞株を作製するには、内部細胞塊を胚盤胞から取り除き、栄養外胚葉から分離し、体外の支持細胞層の上で培養する。ヒト胚性幹細胞株の誘導には、体外受精（IVF）手順で残った胚が使用される。その過程で胚盤胞が破壊されるという事実は、論争と倫理的懸念を引き起こしている。

胚性幹細胞は多能性があり、つまり体内のすべての細胞型に分化することができます。体外で胚性幹細胞を特定の条件下で培養して多能性状態を維持するか、生化学的および物理的刺激で刺激して異なる細胞型に分化させることができます。

成体幹細胞は、幼若または成体の組織に存在します。成体幹細胞は多能性であり、限られた数の分化細胞タイプを生成できます（多能性胚性幹細胞とは異なります）。成体幹細胞の種類には、造血幹細胞と間葉系幹細胞があります。造血幹細胞は骨髄に存在し、免疫系のすべての細胞、すべての血液細胞タイプを生成します。間葉系幹細胞は、臍帯血、羊水、脂肪組織に存在し、骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞など、多くの細胞タイプを生成できます。医学では、成体幹細胞は主に骨髄移植で使用され、多くの骨がんや血液がん、および一部の自己免疫疾患を治療します。^{[3] （}造血幹細胞移植を参照）

分離・同定に成功した成体幹細胞の種類のうち、長期間培養して増殖できるのは間葉系幹細胞だけです。造血幹細胞などの他の成体幹細胞の種類は、体外で増殖・増殖するのが困難です。^[4] 造血幹細胞を体外で維持する方法の特定は、活発な研究分野です。したがって、間葉系幹細胞株は存在しますが、体外で増殖する他の種類の成体幹細胞は、一次細胞として分類した方がよいでしょう。

人工多能性幹細胞（iPSC）株は、成体/体細胞から生成された多能性幹細胞です。iPSCを生成する方法は、 2006年に山中伸弥研究室によって開発されました。彼のグループは、4つの特定の遺伝子を導入することで、体細胞を多能性幹細胞の状態に戻すことができることを実証しました。^[5]

胚性幹細胞株と比較すると、iPSC 株も本質的に多能性がありますが、ヒト胚を使用せずに生成することができます。このプロセスは倫理的な懸念を引き起こしています。さらに、患者固有の iPSC 細胞株、つまり遺伝的に個人に適合した細胞株を生成することができます。患者固有の iPSC 株は、疾患の研究^[6] や患者固有の治療法の開発を目的として生成されています。

幹細胞株は、インキュベーター内で特定の温度と大気条件 (37 ℃、5% CO ₂ ) で培養され、維持されます。細胞増殖培地や細胞を増殖させる表面などの培養条件は、特定の幹細胞株によって大きく異なります。さまざまな生化学的因子を培地に追加して、細胞の表現型を制御することができます。たとえば、幹細胞を多能性状態に維持したり、特定の細胞タイプに分化させたりすることができます。

幹細胞株は研究や再生医療に利用されています。幹細胞生物学や初期のヒトの発達を研究するために利用できます。再生医療の分野では、損傷または病変のある細胞や組織を置き換えるために、幹細胞を細胞ベースの治療に使用することが提案されています。研究者が幹細胞ベースの治療法の開発に取り組んでいる疾患の例には、神経変性疾患、糖尿病、脊髄損傷などがあります。

幹細胞の体外培養

幹細胞は、分子レベルでの発達変化を研究するための理想的な試験管内プラットフォームとして使用できます。たとえば、神経幹細胞（NSC）は、中枢神経系（CNS）の細胞の分化と成熟の背後にあるメカニズムを研究するためのモデルとして使用されています。これらの研究は、最適化でき、神経変性疾患や脳腫瘍のモデル化に関連できるため、最近注目を集めています。^[7]

ヒト胚性幹細胞株の誘導と使用については論争がある。この論争は、ヒト胚性幹細胞の誘導には、着床前の胚盤胞段階のヒト胚の破壊が必要であるという事実から生じている。胚盤胞段階のヒト胚に与えられるべき道徳的配慮については、さまざまな見解がある。^{[8] [9]}

米国では、大統領令13505号により、承認されたヒト胚性幹細胞（hESC）株を使用する研究には連邦資金を使用できるが、新しい株を誘導するためには使用できないと定められた。^[10]国立衛生研究所（NIH）のヒト幹細胞研究に関するガイドラインは、2009年7月7日に発効し、hESC株が資金援助の承認を受けるために満たさなければならない基準を確立することにより、大統領令13505号を実施した。^[11] NIHヒト胚性幹細胞レジストリはオンラインでアクセスでき、NIH資金援助の対象となる細胞株に関する最新情報が掲載されている。^[12] 2022年1月現在、承認された株は486ある。 ^[13]

研究によると、承認されたヒトES細胞株は米国で一様に使用されているわけではないことが分かっており、細胞バンクのデータや研究者への調査によると、利用可能なヒトES細胞株のうち、研究で日常的に使用されているのはほんの一握りである。アクセスと有用性は、科学者がどのヒトES細胞株を使用するかを決定する2つの主な要因として挙げられている。^[14]

2011年に米国の研究でヒトES細胞株を使用している幹細胞科学者を対象に実施された調査では、回答者の54%が2本以下の細胞株を使用し、75%が3本以下の細胞株を使用していることが判明しました。^[15]

別の研究では、米国最大の細胞株保管機関である国立幹細胞バンク（NSCB）とハーバード幹細胞研究所（HSCI、米国マサチューセッツ州ケンブリッジ）から提供された細胞株のリクエストを、1999年3月から2008年12月（NSCBの場合）と2004年4月から2008年12月（HSCIの場合）の期間にわたって追跡しました。^[16] NSCBの場合、承認された21の細胞株のうち、リクエストの77％が2つの細胞株（H1とH9）に対するものでした。HSCIの場合、複数回リクエストされた17の細胞株のうち、リクエストの24.7％が最も頻繁にリクエストされた2つの細胞株に対するものでした。

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