人間の組織や臓器は完全に再生し、不死を達成できるのでしょうか?

制作：中国科学普及協会

著者: 劉 博燕

プロデューサー: 中国科学博覧会

老化と寿命を制限する要因を理解することは、科学者が常に熱心に取り組んでいるテーマです。秦の始皇帝が不老不死の薬を探し求めた古代の伝説から、抗老化や寿命を延ばす効果のある機能性医薬品の現代の探求まで、すべてが人々の不老不死への関心を物語っています。

医学の進歩と生活環境の改善により、現代人の寿命は長くなりました。人間の組織や臓器が完全に再生できるなら、私たちは永遠に生きられるのだろうかと疑問に思う人もいるでしょう。

生物の大多数は必然的に誕生、老化、病気、そして死を経験します。不死を達成したいのであれば、体の老化を止める必要があります。自然界にはそのような悩みを持たない不思議な動物もおり、私たちは彼らから「長寿の秘密」を学びたいと思っています。

人間はどのようにして「不死」を達成できるのでしょうか?

ヒドラやプラナリアなどの生物は、再生するための特別な方法を持っています (図 1)。それらは主に幹細胞で構成されており、絶えず分裂して新しい細胞を作り、老化した細胞を置き換えます。新しい細胞が絶えず生成されることで、ヒドラは生き続けることができます。

図1 プラナリアは眼球を摘出後も新たな眼球を再生できる

（画像出典：参考文献[1]）

しかし、これは人間がヒドラの「若返り」の秘密を再現できることを意味するものではありません。ヒドラは非常に小さく、体長はわずか10 mmで、器官はありません。人間の体の構造は非常に複雑であるため、これは不可能です。ヒドラのように老化した細胞を簡単に捨てることはできません。機能するにはこれらの分化した細胞が必要です。

図2 組織再生能力の個体発生と系統発生

（画像出典：参考文献[2]）

たとえば、脳内のニューロンは情報を伝達する役割を担っていますが、これらの機能するニューロンが新しい神経幹細胞の絶え間ない流れに置き換わることは望ましくありません。そうしないと、記憶を失ってしまいます。

実際、人間には組織を修復し、再生することさえできる幹細胞もあります。例えば、肝臓の幹細胞は、ほとんど損傷を受けずに増殖し、成熟した細胞を生成することができます。しかし、人間の体はヒドラのようにほぼ完全に幹細胞で構成されているわけではない。

これは主に、人間がより多くの仕事をするために分化した細胞を必要とするためです。たとえば、高度に特殊化した肝細胞は、ビタミンやミネラルの貯蔵、毒素の除去、血液中の脂肪や糖分の調節など、臓器の多くの機能を果たします。

私たちは細胞に特定の機能を与えますが、その機能の代償として細胞は分裂する能力を失い、細胞が老化するにつれて私たちの体も老化します。驚くべきことに、2006年に日本のノーベル賞受賞者である山中伸弥教授は、人工多能性幹細胞（iPSC）が分化した体細胞を脱分化させ、神経細胞、心筋細胞、肝細胞などに再分化させることを発見し、細胞の「若返り」という願いを実現しました。

現在、組織の再生を促進するための主なアプローチは 3 つあります。外因性の幹細胞または前駆細胞で組織を補充する方法、化学的に刺激して幹細胞の増殖、分化、および/または体細胞の分化転換を促進すること。特定の生物学的因子を用いて内因性幹細胞プールを回復します。動物モデルでは、これらのアプローチにより、神経変性、血管変性、心筋梗塞、変形性関節症など、複数の老化症候群を軽減することができます。

幹細胞技術の進歩により、身体の損傷を修復する方法が改善される可能性があります。たとえば、正常な成体哺乳類の心臓における心筋細胞の置き換えは非常に遅いです。対照的に、胎児の心臓には、増殖能力がまだ成熟していない心筋細胞が残っており、かなりの再生能力を持っています。

これに基づいて、Yanpu Chen らは、 Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc (OSKM) などの転写因子を使用して、成人心筋細胞の脱分化を特異的に誘導し、成人心臓に再生能力を付与しました。

疾患への応用では、心筋梗塞前や心筋梗塞中などの疾患状態において、OSKM因子発現の短期的増加が脱分化および再プログラミング技術を通じて哺乳類心筋細胞の再生を誘導し、心筋損傷を改善し、心臓機能を高めることができることがわかります（図3）。

図3: 脱分化と再プログラミングは哺乳類の心臓再生を誘導することができる。青は線維性瘢痕組織、赤は健康な心筋を示す。

（画像出典：参考文献[3]）

別の研究では、Stamm C らが、自家骨髄幹細胞を移植することで患者の心筋再生を促進し、一定の臨床効果を達成した（図4）。

図4：自家骨髄幹細胞移植による患者の心筋再生の促進

（画像出典：参考文献[4]）

技術の進歩により、膵臓の再生と修復のための治療戦略もさらに改善されました。現在、機能的なヒトインスリン分泌細胞を生産するための最も先進的な技術であり、臨床試験に入っている唯一の技術は、ヒト多能性幹細胞に由来しています（図 5）。

図5: 膵臓の再生と修復のための治療戦略

（画像出典：参考文献[5]）

「長寿」技術のブレークスルーとボトルネック

再生医療は病気の治療に広く利用されており、老化と闘う強力な手段として知られています。しかし、なぜ幹細胞療法は臨床的に推進されず、従来の治療法の一部になっていないのでしょうか?

まず、安全性が大きな懸念事項です。細胞精製後、混入した未分化細胞が少量残り、奇形腫の形成につながる可能性があります。

第二に、同種拒絶反応は未解決の問題です。移植拒絶のメカニズム、特に同種抗原の身体による認識と慢性移植片喪失の分子メカニズムは、まだ完全に解明されていません。

3 番目に、主な理由は、幹細胞が生きた細胞であるということです。カスタマイズされた治療は、従来の医薬品のように厳格な臨床試験、標準化されたプロセス、大規模生産を行うことができないことを意味します。これは現在細胞治療で直面している大きなボトルネックです。

人間の体は、車と同じように有機的な全体です。何年も使用すると、新車でもさまざまな部分に徐々に問題が現れてきます。適切な時期に修理やメンテナンスを行わないと、車の耐用年数が短くなってしまいます。

各「部品」には独自の耐用年数があり、経年劣化の時期も異なります。人間の組織や臓器が完全に再生できるのであれば、車の場合のように、損傷した「組織部分」を交換することで不死を実現できるのでしょうか?答えはおそらくノーです。

プラナリアやヒドラなど一部の動物は理論上は無限の再生サイクルが可能ですが、ほとんどの動物は徐々に健康状態が悪化し、最終的には死んでしまいます。正常な人体では、注入または移植された幹細胞は、自己複製および分化の顕著な能力を有しており、組織や臓器の損傷または環境による損傷後の内部環境のバランスと修復に重要な役割を果たします。

しかし、移植の効果は個人によって異なり、移植後の特性や機能の維持についても明らかにする必要があります。細胞療法の有効性は、患者の体内に統合されて機能するかどうか、完全な有効性を維持できるかどうか、移植プロセス中に直面する組織拒絶反応など、患者自身の状態によって影響を受けます。自己複製と分化のバランスを調節する局所因子と循環因子が変化すると、移植された細胞は組織の恒常性と機能を維持できなくなる可能性があります。

さらに、臓器の再生はすべての医学的問題を解決できるわけではありません。

細胞自体の生物学的変動性を考慮すると、細胞治療の複雑さは想像を絶するものです。患者にとっては、一部の疾患の病因や病理学的特徴が不明であること、病変部位の微小環境が複雑であること、特定の疾患プロセスが細胞の安全性や分布に与える影響が不明であることなどの問題がある可能性があります。

したがって、再生医療は患者の健康上の問題をすべて解決できるわけではないかもしれません。これは、単一の細胞移植ではすべての問題を解決できないことも意味します。他の治療法と組み合わせることも必要です。がん治療と同様に、外科的切除に加えて、化学療法、放射線療法、標的療法、免疫療法などを組み合わせることもできます。協力して取り組むことによってのみ、病気を克服することができます。

しかし、科学者たちはそれを改善する方法を見つけるためにも懸命に取り組んでいます。遺伝子工学技術を組み合わせて細胞遺伝子を修正・編集することで、組織の修復や病気の治療に使用できる細胞の能力を高めることができます。

最後に、再生医療は多くの病気の治療法の 1 つに過ぎず、すべての病気を治すことはできないということを私たちは認めなければなりませんし、すべての読者がこれを心に留めておいてほしいと思います。再生医療の効果を謳う詐欺に遭遇したら、近づかないでください！

編集者：王婷婷

参考文献:

[1]プラナリア再生の細胞的・分子的基礎

[2]組織再生のための基盤整備：メカニズムから治療まで

[3] Stamm C、Westpha B、Kleine HD、他。心筋再生のための自己骨髄幹細胞移植[J]。ランセット、2003、361(9351):45-46。

[4] 心筋細胞を胎児状態に可逆的に再プログラムすると、マウスの心臓再生が促進される

[5] 周Q、メルトンDA。膵臓の再生。自然。 2018