【概要】
前臨床および臨床研究により、幹細胞療法は、現在の医療処置では満足のいく結果や治癒が得られない多くの疾患に対する有望な治療選択肢となり得ることが示されています。この記事では、今日の皮膚科学における幹細胞の供給源とその治療への応用について説明します。

キーワード: 成体幹細胞, 皮膚科学, 造血幹細胞, 幹細胞, 再生医療

【序章】

現在の医学の傾向は、最近まであまり重視されていなかった  つの主要な分野である、病気の「予防」と「再生医療」に焦点を当てることです。前者は個人の運命を変える力を提供し、病気の発生を防ぎ、平均余命を延ばします。後者は、現代医学ではまだ治療法がない病気を治す試みです.この記事では、「幹細胞」をテーマに再生医療について、その発見から現在の応用、将来の展望までを簡単に説明し、この文脈における皮膚細胞の重要な役割を説明することを目的としています。

【起源とコンセプト】

血液疾患のための骨髄移植は 1950 年代から行われています. その当時、骨髄内に血液細胞のすべての系統を生み出すことができる細胞のタイプがあり、この治療の成功を決定することが知られていました.1特定の機能を持つ他の細胞を生成することに特化した原始細胞の最初の概念。 90 年代の終わりに、さまざまな刺激や環境に直面すると、この造血前駆細胞が元の組織とは異なる細胞を生成し (可塑性)、周囲から離れた損傷した組織に引き付けられるという最初の証拠が現れました. この挙動を示した細胞は幹細胞と名付けられました。

細胞が幹細胞と見なされるためには、 つの特徴を示す必要があります。自己複製、つまり、それに類似した細胞と特殊化された細胞の両方をもたらす非対称分裂。 それが位置する組織を再生する能力、および元の組織のものとは異なる他の細胞型を生成する能力である可塑性.

幹細胞が骨髄で発見された瞬間から、他の供給源の探索が始まりました。 基本的に、幹細胞は胚から成体まで、さまざまな身体組織に存在します。これは、すべての組織にある程度の修復能力があるためです. 最も包括的な分類の 1 つは、胚盤胞に存在する胚性幹細胞、胚盤胞に存在する胚性幹細胞、 精子による卵子の受精から  日後の胚の内部細胞塊。 成体幹細胞は、胎児の形成から存在し、より特殊な段階の細胞で構成される損傷した組織を修復する役割を果たします (図 1)。成体幹細胞の中には、起源と 分化能：すべての造血組織を生じさせる骨髄由来の前述の造血幹細胞、および骨形成、軟骨形成および脂肪生成系統などの中胚葉由来の様々な細胞系統、および軟骨および 骨組織. これらの細胞は、組織修復、恒常性、および免疫調節において重要な役割を果たします。 一部の組織は間葉系幹細胞が豊富で、脂肪組織、真皮、骨髄、ウォートンゼリーを含む臍帯組織など、容易に採取できます. 特定の組織は、特に神経、肝臓、および筋肉組織に変換する in vitro 能力を示しました。 間葉系幹細胞は、糖尿病、潰瘍性大腸炎、全身性エリテマトーデス、拡張型心筋症、肝硬変、脊髄損傷、変形性関節症などのさまざまな疾患の 200 以上の臨床試験に含まれています。 骨髄および臍帯血由来の造血幹細胞は、米国国立衛生研究所のプログラム ClinicalTrials.gov (www.clinicaltrials.gov) に登録されたプロトコルを使用して、3,000 以上の臨床研究で血液疾患および非血液疾患について評価されています。

図1

胚性幹細胞からの成体ヒト組織の起源。 細胞の分化と成熟は、胚期と成体期に起こります。 胚性幹細胞は、3 つの胚葉すべてから組織を生成することができます。 中胚葉層は、間葉および造血前駆細胞を生成します。 成体組織には常在幹細胞の自然なストックがあり、細胞分化カスケードでは、説明されていない分化プロセスに進む細胞があります。 治療目的の胚性幹細胞および成体幹細胞の主な供給源を以下に示します。

【成体幹細胞の主な供給源】

骨髄や皮膚など、細胞の代謝回転が著しい臓器は、幹細胞が豊富な細胞集団を示す傾向があります。

造血幹細胞を高濃度で簡単に取り出して保管するための代替手段は、骨髄と臍帯、および胎盤血です。後者は、臍帯をクランプした後に引き出されるため、外科的介入の必要がない収集する唯一の形態です。 臍帯血由来の幹細胞には、ウイルス性疾患の伝染率の低下、再生力の高さ、免疫原性の低さなど、いくつかの利点が記載されています。 骨髄、脂肪組織、真皮、および臍帯組織はすべて、間葉系幹細胞の濃度が高いソースです. これらの中で、臍帯組織を強調します。 非侵襲的な方法で収集することができ、t の再生力に匹敵する細胞再生の可能性があります。 非常に若い個体の皮膚.

現在まで、骨髄および臍帯血由来の造血幹細胞のみが医療用として認可されています。 これらは、血液疾患、遺伝性疾患、または後天性疾患のほか、神経芽細胞腫、網膜芽細胞腫、ウィルムス腫瘍、骨肉腫などの一般的な小児腫瘍にも使用される場合があります。

【幹細胞と皮膚】

優れた細胞複製の器官である皮膚には、その層に存在する幹細胞のいくつかのグループがあります.

濾胞間幹細胞は、基底膜近くの表皮に見られます。 それらの主な役割は、表皮の外傷を修復することです。 毛包の組織学的複合体には、毛包幹細胞、皮脂幹細胞、および神経堤幹細胞があります。 濾胞幹細胞と神経堤幹細胞はバルジに共存しています。 皮脂腺には、皮脂幹細胞があります。

真皮、脂肪組織、および皮下組織内の幹細胞は、本質的に中胚葉由来であり、したがって間葉系です。 それらは血管と密接に関連しており、修復メカニズムに積極的に関与する線維芽細胞と筋線維芽細胞を生成します。 間葉系幹細胞は、軟部組織、筋骨格系、および血管系の修復および再生プロセスと強い関連があります。

皮膚修復メカニズムにおいて、ある細胞が他の細胞と比較してどの程度重要であるかを正確に優先順位付けして定義できる明確なパターンはまだありません. しかし、真皮線維芽細胞に対してパラクリン作用を示す皮下組織の細胞など、分子相互作用を介したシステム間の顕著な相互作用があることが知られています。 真皮および皮下組織に位置する間葉系幹細胞は、他の宿主細胞、成長因子、および細胞外マトリックス分泌タンパク質を動員することによって組織修復の応答を調整するため、このプロセスにおいて重要です。

【他の組織の再生における皮膚幹細胞の役割】

皮膚幹細胞は、いくつかの動物モデルおよび in vitro で実験的に調査され、その可能性と可塑性を実証しています。 自家細胞であることに加えて、移植片対宿主病などの合併症を回避します。

神経管幹細胞と濾胞複合体の神経堤細胞は存在論的に近接しているため、脊髄損傷の細胞療法に使用される可能性があります。 ニューカッスル大学の Sieber-Blum は、マウスを使った試験で、誘発された脊髄損傷の後、下肢の触覚の感度と知覚が 24% 改善したことを観察しました。 細胞移植は一方的に行われましたが、改善は両側性であり、表皮神経堤細胞からの遺伝子がニュートロフィン、栄養および血管新生因子をコードおよび発現し、両側性の機能改善を正当化することを示唆しています。 最近、同じセンターの研究者が、単離、特徴付け、および生体外での増殖を通じて、ヒト表皮細胞の多能性が神経堤から形成されることを実証し、それらを骨細胞およびメラノサイトに変換し、容易なアクセスと大きな分化力の源を特定しました。

ヒトの真皮から得た間葉系幹細胞は、特に新生児から採取した場合に、in vitro での拡張に大きな力を発揮します。 培養における人口倍増に見られるそれらの容易な取得、増殖、および安全性は、将来、それらが脂肪、筋肉、骨形成などの組織の再生に便利に使用される可能性があることを強く示唆しています。

2006 年以来、真皮線維芽細胞は in vitro で操作され、現在の分化状態に先行する未成熟で未分化の状態に退行するように遺伝的に再プログラムされました。 その後、それらはさまざまな細胞株に発達するように誘導されました。 線維芽細胞の退行に由来する、in vitroで産生されたこれらの未成熟細胞は、人工多能性細胞（iPS）と呼ばれます。

驚くべきことに、真皮線維芽細胞自体も、胚段階の遺伝子の活性化によって未成熟に誘導される必要なく、in vitro 多能性の特徴を示しています。 カナダの研究者は、特定のサイトカインを適用することにより、線維芽細胞から造血前駆細胞を得ました。 インビトロで開発されたこの造血前駆細胞は、顆粒球、単球、巨核球および赤血球系統を生成することができ、移植によって骨髄を再増殖させる能力を実証した。

【人工多能性細胞 (iPS)】

前述のように、皮膚細胞は幹細胞の研究、特に人工多能性細胞の検索において重要な役割を果たしています。これは、研究における胚性幹細胞または治療用クローニングの代替手段です。

2006年、日本の研究者はマウスの尾から細胞を遺伝子的に再プログラムし、胚性幹細胞の挙動に戻しました。 この再プログラミング プロセスは、4 つの遺伝子を含むウイルスの挿入によって発生します。 これらの遺伝子は成体細胞 (皮膚細胞など) の DNA に挿入され、その遺伝子コードを再プログラムします。 この新しいプログラムにより、細胞は、自己複製の特徴とあらゆる組織に分化する能力を備えた胚性幹細胞の段階に戻ります。

その後、2007 年に、皮膚細胞から開発された最初のヒト誘導細胞が生成されました。 これは、これまでのところ、再プログラミングのための細胞の主な供給源でした。 このタイプの細胞系列は、病態生理学的メカニズムを研究し、新薬をテストするために、胚性幹細胞の使用で発生するような倫理的対立なしに、さまざまな疾患モデルの細胞を生成する能力などの利点をもたらします。 別の利点は、それらが患者から生成され、自家細胞療法のソースとして使用される可能性があることです。 これにより、拒絶反応のリスクがなくなり、移植が成功する可能性が高まります。

心筋細胞や肝細胞などの人工多能性幹細胞や、アルツハイマー病、1 型糖尿病、小脳性運動失調症などの多くの疾患モデルから、数多くの健康な細胞株が開発されています。 現在、iPSs の製造技術は習得されているため、研究は現在、臨床治療における iPSs の使用の安全性に焦点を当てています。

【皮膚疾患のためのその他の成人幹細胞源】

皮膚疾患の治療に関して言えば、幹細胞による細胞療法の使用は、使用される細胞の供給源に関係なく、まだ実験的であると考えられています.

それにもかかわらず、劣性ジストロフィー性表皮水疱症に対する同種骨髄移植など、いくつかの臨床プロトコルが進行中です。 マウスにおけるコラーゲン VII の存在における有意な改善を示す前臨床研究の結果の後、同種異系幹細胞移植の臨床研究は、宿主におけるコラーゲン VII の産生の増加とレシピエントの皮膚におけるドナー細胞の存在を示しました。 疾患の進行を監視し、この治療法のリスクと利点を評価するには、さらなる研究が必要です。

全身性硬化症に対する造血幹細胞非破壊的自家移植とシクロホスファミドによる従来の治療を比較した無作為化研究では、従来の治療と比較した場合、移植後少なくとも 2 年間、皮膚と肺機能の改善が示されました。

自家造血前駆細胞移植は、全身症状を伴う全身性エリテマトーデスおよび従来の治療法では依然として難治性である全身性エリテマトーデスに対する実験的治療法と考えられてきました。 狼瘡のような自己免疫疾患の骨髄から間葉系幹細胞を使用した移植は、影響を受けた臓器の臨床的寛解と機能改善をもたらしました.これらの代替療法をより大規模に使用するには、より多くの研究が必要です.

【慢性創傷の幹細胞】

現在、深刻な皮膚の傷の 50% が現在の治療に反応しないため、慢性の傷はますます大きくなっている問題と見なすことができます。 創傷治癒は複雑なプロセスであり、天然の皮膚と同等の因子の組成と、細胞外マトリックス、成長因子、細胞、および内因性タンパク質の調整された相互作用も必要とします。

創傷治癒のための幹細胞の外因性応用は、自己再生してさまざまな組織に分化する固有の能力があるため、有望な解決策と見なすことができます。 創傷治癒における幹細胞の使用は、特に糖尿病、重大な外傷、血管不全、重度および広範囲の火傷、およびその他の多くの状態に起因する病変など、治癒が困難な場合に臨床的に関連しています.

間葉系幹細胞は、創傷治癒のリモデリングにおいて重要な役割を果たし、特定の組織損傷の一般的な状態の改善またはさまざまな程度の損傷回復を促進する可能性のある傍分泌因子に割り当てられています。 これらのパラクリン効果は、免疫調節、抗アポトーシス、血管新生促進、化学誘引、および抗線維化効果として説明されており、内因性幹細胞の成長と分化のサポートでもあります.損傷部位における間葉系幹細胞の存在は、 再生とその結果としての自然な生理学的機能の回復は、再生の成功につながります。

骨髄は、創傷再生のための細胞療法で使用される幹細胞を得るために最も頻繁に使用されるソースの 1 つですが、皮膚、脂肪組織、骨膜、腱、筋肉などを含むさまざまなソースがうまく採用されています。 最近研究の対象となったソースは、胎盤とヒトの臍帯から抽出された組織の使用です。 骨髄由来の間葉系幹細胞と胎盤または臍帯組織由来の間葉系幹細胞を比較すると、それらに割り当てられた細胞の表現型、分化、およびその他の特性にわずかな違いしか見られませんでした。

間葉系幹細胞は、創傷治癒プロセスの各段階を仲介する上で重要な役割を果たします。 炎症期には、抗炎症性サイトカインを刺激し、炎症誘発性サイトカインの有害な影響を阻害することにより、炎症の影響を調整することができます。 炎症の減衰を促進するこの能力は、高レベルの炎症が組織再生プロセスを妨げる可能性がある慢性創傷治療にとって特に重要です。 間葉系幹細胞は、VEGF、bFGF、KGF などの成長因子の分泌、および肉芽形成と上皮化の促進を通じて、再生の増殖期に寄与します。 これらの細胞は、その交換中に組織化された細胞外マトリックスの沈着を促進することにより、治癒した創傷のリモデリングも調節できます。

創傷治癒に間葉系幹細胞を使用する利点は、さまざまな前臨床および臨床研究で実証されています。 重度の創傷を治療するために現在多くの製品が利用可能ですが、既存の治療法は多くの場合まだ不十分であり、間葉系幹細胞は再生を促進するための魅力的な代替手段です.

【幹細胞とメラノーマ】

黒色腫の起源の病態生理学に関する知識は変化しています。 従来、がん細胞はメラノサイトから発生すると考えられていました。 真皮にメラノサイト前駆体が存在するため、メラノーマは UVA や UVB などの有害因子によって修飾された濾胞外幹細胞からも発生する可能性があるという仮説が立てられました。 、メラノサイトの幹細胞前駆体、またはその両方。 この仮説を確認するために、幹細胞の DNA に損傷を与えるメカニズムを解明するための実験的研究が進行中です。

現在、造血幹細胞移植、転移性黒色腫患者に対する化学療法および免疫療法の補助療法を使用した臨床試験がいくつかのセンターで進行中ですが、決定的な結果は得られていません。

造血前駆細胞移植は、腫瘍細胞の優れた根絶のために高用量の化学療法の使用を可能にします (www.clinicaltrials.gov)。

【結論】

造血幹細胞は、小児期に最も多くみられる固形腫瘍に加えて、現在白血病やリンパ腫などの血液疾患、代謝障害、免疫障害を治療している患者の健康に直接貢献してきました。 しかし、重要かつ特殊な組織再生に依存する疾患の治療の可能性は非常に高く、進行中の多数の臨床試験を通じて科学界によって証明されています. これらの試験の中には、全身に影響を与える皮膚疾患に関する研究があり、有望な結果が示されています。 皮膚にある幹細胞は興味深い可塑性を示しており、さらに、真皮、皮下組織、およびその他の供給源の間葉系細胞は、慢性創傷の再生を促進する研究に関与しています。 誘導多能性幹細胞は主に皮膚細胞を使用して生成され、特定の疾患の病態生理学の研究や新薬の試験を可能にする細胞系統の開発において重要な役割を果たします。

科学界は、組織に存在する幹細胞の潜在的な多様性を解明し、特定の疾患の最良の供給源を決定しようと努力しており、確かに皮膚幹細胞はこのプロセスで重要な役割を果たしてきました。