「胚性幹細胞」の版間の差分

　胚性幹細胞（ES 細胞）は、胚盤胞期胚の内部細胞塊（ICM）から樹立される細胞株であり、生体を構成する全ての細胞に分化し得る多分化能（多能性）と、その多分化能及び正常な核型を維持したまま in vitro において無限増殖できる自己複製能を併せ持つ。  

　未分化状態のマウス ES 細胞は、アルカリフォスファターゼ染色に陽性で、表面抗原である SSEA-1 の発現を認める。また、NANOG, OCT3/4, SOX2 といった転写因子が共発現している。分化抑制因子である LIF を除いた培地中で浮遊培養することで、自発的に分化し、胚様体と呼ばれる三胚葉系の細胞からなる構造体を形成する。また、免疫不全マウスに接種すると、奇形腫（テラトーマ）を形成する。８細胞期胚あるいは胚盤胞期胚に注入することで、個体形成に寄与し、キメラマウスを形成する（後述）。  

　このような現代の発生工学技術における中心的な貢献と共に、マウス ES 細胞の持つ多分化能は、各種体細胞及び生殖細胞の分化・発生メカニズムを研究するためのツールとしても広く利用されてきた。マウス ES 細胞は LIF を除いた培地中で浮遊培養することで分化し、胚様体と呼ばれる三胚葉系の様々な分化細胞からなる構造体を形成する。この分化は自発的でランダムであるが、培養系を調整することで、目的の細胞系譜へと分化させることも可能である。このような培養系を用いることで、生体内では研究が難しい、初期の胚発生過程における細胞分化を in vitro において再現することができる。この系を用い、細胞の分化過程に関わる遺伝子、必要な成長因子や下流のシグナル伝達などについての詳細な解析が可能になった。  

== ヒト ES 細胞  ==

　1998 年、ウィスコンシン州立大学の James Thomson らによってヒト ES 細胞株が樹立された。当初、マウス ES 細胞と同様に LIF を添加した培地中で樹立されたが、その後の研究から、ヒト ES 細胞の自己複製に対しては LIF は効果的でなく、塩基性線維芽細胞増殖因子（bFGF,FGF2）及びアクチビン A が自己複製を促進することが明らかにされた。また、コロニーの形態もマウスと異なり、平坦な形態を示す。<br>　ヒト ES 細胞はマウス ES 細胞と比較して増殖が遅く、不安定で分化しやすい傾向にある。また、トリプシン処理に対して感受性が高く、単一細胞にまで分散させると速やかにアポトーシスが誘導される。そのため、継代の際には穏やかなトリプシン処理条件あるいは物理的処理によってコロニーを数個から十数個の細胞塊として扱う必要があるなど、マウス ES 細胞と比較して扱いが難しい。  

　マウス ES 細胞と同様に三胚葉系への分化能を持ち、in vitro において胚様体を形成し、免疫不全マウスへの接種により奇形腫を形成することができる。NANOG, OCT3/4, SOX2 等の転写因子を発現し、アルカリフォスファターゼ染色に陽性を示す点でマウス ES 細胞と類似するが、SSEA1 は発現せず、代わりに SSEA3, SSEA4, TRA1-60 及び TRA1-81 といった表面抗原マーカーの発現を認める。  

　ヒト ES 細胞株樹立以降、現在に到るまでこのヒト ES 細胞の、医療への応用に焦点を絞った研究が盛んに行われるようになった。ヒト ES 細胞からの in vitro 分化誘導系を応用すれば、特定の細胞を大量に得ることが可能であると考えられ、細胞移植医療において必要な細胞の革新的なソースになると期待された。例えば、神経幹細胞のような、生体からは充分量を採取することができない細胞を誘導し、現在治療法の確立していない脊髄損傷や各種の神経変性疾患に対して、細胞移植によって損傷あるいは変性した組織の修復を図り、治療を行うといった再生医療が可能になる。<br>　しかしながら、ヒト ES 細胞の元となるヒトの胚盤胞期胚を得ることは容易でなく、またヒト胚に侵襲を加えることに対する社会的な抵抗感があることが問題になった。更に、移植を目指す場合、組織適合抗原の不一致による拒絶反応を防ぐため、患者と同一の組織適合抗原を持ったヒト ES 細胞が必要となるという問題がある。この問題を回避するアイデアとして、核移植技術を用いて患者体細胞からクローン胚を作成し、ES 細胞を樹立することで、オーダーメイドの ES 細胞(ntES 細胞)を作成することが検討された。しかし、この方法には大量のヒト未受精卵子が必要である上に、もし子宮に移植すればクローン人間誕生に繋がる可能性がゼロとは言えず、そのようなヒト胚を作成・使用することへの危険性が指摘された。更に、ヒト ntES 細胞を作成したとする論文が捏造であったこともこの研究を減速させる大きな要因となった。現在も正常な核型を持つヒト ntES 細胞株は得られていない。<br>　このような背景のなか、体細胞に遺伝子導入することによって ES 細胞に近い性質を持った、人工多能性幹（iPS）細胞を作成する技術が開発され、ES 細胞を使用することによる問題点の多くを解決すると期待されている。しかしながら、iPS 細胞は人工的な操作によって得られる細胞であり、ES 細胞との類似性の厳密な検討が必要であるが、ヒト ES 細胞自体の性質はマウス ES 細胞ほど明らかでなく、ヒト ES 細胞研究と並行して推進することが必須である。  

マウス ES 細胞及びヒト ES 細胞は共に、着床前の初期胚から得られる細胞株であり、高い分化能と自己増殖能を持つ。しかし、ヒト ES 細胞樹立以降、マウス ES 細胞との違いについても明らかにされてきた。マウス ES 細胞は LIF に応答して自己複製するのに対し、ヒト ES 細胞は LIF には応答せず、bFGF 及びアクチビン A に応答して自己複製するとされる。また、形成されるコロニー形態がマウスでは立体的に盛り上がったドーム状であるが、ヒト ES 細胞においては平坦なコロニーを形成するといった違いがある。このような特徴において、マウス以外の哺乳類から得られる ES 細胞はほとんどがヒト ES 細胞様であり、“マウス型” ES 細胞はラットにおいて特殊な条件下で樹立した ES 細胞のみである。マウス ES 細胞が持つキメラ個体の形成能、Germ line chimera の形成能は、マウス ES 細胞を定義する重要な性質の一つであるが、サル ES 細胞を用いた実験結果から、“ヒト型” ES 細胞ではこの能力は失われているか、著しく低いと考えられている。<br>　このような違いが ES 細胞における種差であるのか、マウス ES 細胞とヒト ES 細胞では異なる発生ステージにある細胞であることに由来するのかは不明である。2007 年にはマウスにおいて着床後の胚から、エピブラスト幹細胞（EpiS 細胞）と呼ばれる新たな胚性多能性幹細胞株が樹立された。この細胞は、平坦なコロニーを形成し、bFGF やアクチビン A によって自己複製が促進されるというヒト ES 細胞に類似した性質を有している。また、この細胞ではキメラ形成能がほとんど失われている。これらのことから、ヒトや他の動物における“ES 細胞”は、実際にはマウス EpiS 細胞に相当する細胞であるとする仮説が支持されている。しかしながら、この仮説を直接的に証明する報告は未だ無く、更なる慎重な検証が必要である。現在では、マウス ES 細胞を Naïve state（あるいは ground state）、ヒト ES 細胞やマウス EpiS 細胞のような細胞を Primed state の多能性幹細胞として便宜上区別されている。<br>　なぜ、ヒトや他の動物の ES 細胞はマウスと同様に胚盤胞期の胚から得られるにも関わらず、Naïve state の ES 細胞が得られないのだろうか？マウスと他の動物種では初期の胚発生過程そのものが大きく異なることが近年示唆されており、この違いが影響していると考えられるが、現在のところ不明である。このような疑問を追求することは、学術的意義のみならず、将来ヒト ES/iPS 細胞を医療へ応用する際にも不可欠である。primed state とされるヒト ES/iPS 細胞は、マウス ES/iPS 細胞に比べ、株間あるいはクローン間において分化能など品質の不均一性が大きいという問題がある。初期の胚発生やヒト ES 細胞をより深く知ることで、マウス ES 細胞のような均一で高品質な多能性幹細胞株の樹立に繋がると期待される。更に、マウス以外の実験動物における上述の発生工学技術に応用できる可能性があり、幅広い分野に大きく貢献することが期待される。