薬剤を用いた多能性幹細胞の誘導の成功はどの程度重要なのでしょうか?

最近、清華大学のDing Sheng氏、Liu Kang氏、Ma Tianhua氏が共同著者として「特定の化学物質カクテルによるマウス全能性幹細胞の誘導」と題する研究論文をNatureオンライン版に発表しました。この研究では、TTNPB、1-アザケンパウロン、WS6という3つの小分子の組み合わせにより、マウスの多能性幹細胞（PSC）を完全な生物に変化する能力を持つ全能性幹細胞（TotiSC）に誘導できること、また、これらの誘導細胞の全能性（胚内および胚外の分化能力）を実験室で維持できることが実証されました。もしこの証明が真実であれば、それは人類史上大きな進歩となるでしょう。この朗報を共有しながら、今日はこの実験について5つの側面からお話ししましょう。

1. 本研究の背景

2. この研究とは何ですか?

3. この研究は、中国科学院/華大による以前のネイチャー誌の研究と似ている。

4. なぜ待つ必要があるのか​​?

5. 証明が真実である場合、その重要性は何ですか?

01. 研究の背景

始める前に、背景について話しましょう

幹細胞は分化できる、つまり平たく言えばさまざまな種類の細胞になることができるので、誰もが知っているはずです。

もちろん、乾燥度合いに応じて、多くのカテゴリーに分けることができます。たとえば、最も強力な幹細胞は、すべての種類の細胞に分化することができます。多能性幹細胞は、さまざまな種類の細胞に分化することができます。もちろん、造血幹細胞のような多能性幹細胞も存在します。理論上、最も完璧な幹細胞は受精卵です。私たち人間は受精卵から始まり、最終的には完全な個体になります。

しかし、幹細胞には問題があります。現実には、彼らは時間という最大の課題に直面しています。時間が経つにつれて、人体の幹細胞は徐々に分化し、その幹細胞性を失います。例えば、胚盤胞段階では幹性が強い細胞が多く存在します。出生時には、基本的に多能性幹細胞の一部のみが残っており、全能性幹細胞は消滅していると一般に考えられています。そして成人になると、造血幹細胞などの特殊な幹細胞はごくわずかしか残っていません。

したがって、成人の場合、多能性または全能性の幹細胞を見つけようとしても、方法はありません。

ですから、困難に直面したときは、変化するための新しい方法を考えなければなりません。では、幹細胞を人工的に作り出すことはできるのでしょうか?ここで、今日の幹細胞分野で最も注目されている分野の一つ、人工的に誘導された多能性幹細胞についてお話しします。

2006年、山中伸弥博士は初めて成熟した体細胞から幹細胞を誘導する研究をCell誌に発表した。これは有名な人工的に誘導された幹細胞であり、彼はこれによって2012年のノーベル賞を受賞し、ノーベル生理学・医学賞の記録をほぼ破りました。結局のところ、この賞の検証サイクルは非常に長いです。

山中伸弥教授は、山中因子と呼ばれる4つの因子、Oct3/4、Sox2、Klf4、c-Mycを使用し、ウイルスベクターを使用して4つの転写因子を細胞に導入しました。

しかし、これらの要素にはいくつか問題があります。その中には癌因子c-myc、転写因子KLF4などがあり、ウイルスベクターも使用されます。 「五毒がすべて揃っている」とも言えます。その後、リスクは一般的であると信じられてきましたが、臨床応用においては、これらの要因は多かれ少なかれ時限爆弾のようなものだということを知っておく必要があります。ある日、これらの細胞が移植され、癌が発症するかどうかは誰にも分かりません。何がポイントだ。

そのため、近年、幹細胞分野の一つの分野として、これらの因子のリスクを検証し、新たな因子を探すことが進められています。たとえば、2017 年には、初期の miRNA が胚幹を拡張する可能性があることを発見した研究が Science に掲載されました。そこで、新たな分野が生まれました。生物学的要因はリスクが高すぎるので、化学的要因を使用できるのではないか？

化学的要因には多くの利点があります。たとえば、シンプルで明確であり、勉強しやすいです。さらに、化学的因子は実際には生物学的因子よりも耐久性があります（考えてみてください。生物学的医薬品には多くの条件があり、インスリンの注射には冷蔵庫と特定の方法が必要で、保存期間が短いのに対し、メトホルミンなどの医薬品は長持ちします）。

操作は簡単で、時間と空間の制御が容易で、効果は可逆的であり、遺伝子操作の問題を回避できます。これは注目されている分野です: 化学的な再プログラミング。

02. この研究とは何ですか?

上で述べたように、生物学的要因には多くの問題があるため、化学的要因を探す方が良いでしょう。こうしてこの記事の調査が始まりました。その方法は、当時山中伸弥氏が行っていたスクリーニング法と似ています。

最初に、彼らは 3,000 種類以上の小分子薬の組み合わせを見つけ、それらを順番にスクリーニングしました (簡単ではありませんでした)。

ついに彼らはそのような組み合わせを見つけました。合計で 3 つの小分子、すなわち TTNPB、86 1-アザケンパウロン、WS6 があります。それぞれの頭文字を取って、TAW という組み合わせ名を作りました。

この TAW の効果を見てみましょう:

次のステップは、これらの要素が有効かどうかを確認することです。化学因子によって誘導された幹細胞は、化学的に誘導された全能性幹細胞 (ciTotiSC) と呼ばれます。

上の写真の通りです（実際は見る必要はありません。複雑すぎるからです）。

一言で言えば、結論はこうです: この戦略は本当に効果があります!しかし、多能性幹細胞を実現したと主張している以上、当然比較しなければなりません。したがって、次のステップは、一連の方法を使用して比較し、それらが本当に多能性幹細胞であるかどうかを確認することです。

比較対象は、彼らが作成したciTotiSC、mESC（マウス胚性幹細胞）、およびembryo（胚）です。

結論としては、一般的に、ciTotiSC は全能性幹細胞に非常に近いということです。 （説明として、受精卵の発育過程は、受精卵活性化、2-4-8、胚盤胞などを経ていきます。受精卵活性化前は、幹細胞とは異なり、実際には精子と卵子の大きな混合物であると一般的に考えられています）

実際、研究者らは、現在オミクスにおいて基本的に最も厳格な基準であるトランスクリプトーム、エピゲノム、メタボロームのレベルで研究を実施し、ciTotiSCでは数百の重要な遺伝子を活性化できること、そして全体的なパターンが全能性幹細胞のパターンに近いことを発見しました。多能性幹細胞に関連するいくつかの遺伝子は、TAW 細胞ではサイレンシングされています。

それは本当に全能なのでしょうか？全能だと主張するので、動物実験をしてみましょう。

次に、私たちは、いわゆる万能幹細胞がどれだけ万能であるかを調べるために、いくつかの発達実験を行いました。

研究者らはこれらの細胞をマウスの初期胚に注入し、体内での分化能を観察した。

上図の通り、これらの細胞は全能性幹細胞の特徴を持ち、マウスの胚内・胚外細胞に分化でき、胎児や胎盤に発達する能力があることが分かりました（胎盤は非常に重要です。現状のiPSCの最大の問題点の一つは胎盤に発達できないことであり、当然ゼロから生命を始めることは不可能です）

つまり、化学的因子を使用して多能性幹細胞の誘導を達成するというのが、おそらくこの論文全体の内容です。

03. この研究と中国科学院/BGIによる以前のNatureの研究との違いは何ですか?

多くの人は、今年3月に中国科学院と深センBGI生命科学が共同でネイチャー誌に発表した別の研究を思い浮かべるかもしれない。彼らは体細胞誘導法を用いて、受精卵の3日間の発育状態に似たヒト多能性幹細胞を培養した。

全体的に、2 つの研究は、どちらも人工的に誘導された多能性幹細胞の研究を実施し、全能性幹細胞を実現したという点で共通しています。

違いは次のとおりです。

1. 異なる出発点

前回の記事は体細胞からの誘導から始まりましたが、清華大学のこの記事はマウス胚性幹細胞からの誘導から始まりました。

2. 異なるエンドポイント

前回の記事では、誘導された幹細胞は約 3 日齢、つまり約 8 個の細胞であると考えられていました。この記事は全能性幹細胞の2つの細胞について書かれており、胎盤に発達する可能性があります。

3. 乾燥度の確認

中国科学院/BGIの記事では、主にBGIの強みでもある情報科学に基づいて、約3日で細胞を培養できることが実証されています。

清華大学の論文にはバイオインフォマティクスだけでなく、より重要なことに、全能性のより完全な検証を提供する実験的検証も含まれています。

4. 異なる種

これは確かに要因です。たとえば、BGI はヒト細胞を使用し、清華大学はマウス細胞を使用します。

5. さまざまな方法

これについては詳しくは述べません。

実際、今年4月に鄧紅奎がネイチャー誌に発表した同様の論文がある。「化学小分子がヒト成人細胞を多能性幹細胞に転換させる」

初めて、化学小分子が使用されて、ヒト成体幹細胞を多能性幹細胞に再プログラム化することが誘導されました。

04. ノーベル賞レベル？しばらく弾丸を飛ばしましょう

このとき、一部のネットユーザーからは、「この人工幹細胞はノーベル賞レベルなのか？」という疑問が投げかけられた。この点に関しては依然として注意が必要です。

何でもないよ、ただ痛いだけ。以前、小保方晴子さんという有名な事件がありましたから。背景で述べたように、山中因子の生物学的因子によって引き起こされる潜在的なリスクについては、誰もが常に懸念してきました。そのため、山中伸弥がこの細胞を発表した後、誰もがそれを誘発する化学的方法を探し始めました。

当初、この分野の最前線にいたのは小保方晴子氏率いる研究グループだった。彼女は環境ストレス条件によって引き起こされる細胞の変化を研究し、最終的に低pHが「万能細胞」（STAP細胞）を誘発できることを発見しました。当時、彼女は世界中から光輪に包まれ賞賛されていました。彼女はもう一人のノーベル賞受賞者とみなされていた。また、小保方晴子さんは大変美人だったので、大人気でした。

しかし、これらはすべて偽物であることが判明し、小保方晴子は倒れた。この失態は彼女自身に恥をもたらしただけでなく、彼女の指導者にも恥をもたらし、指導者は謝罪するために自殺した。

その衝撃は、後の心筋幹細胞の詐欺事件に匹敵するほどで、その分野全体が化学的誘導に対して非常に慎重になるほどで​​した。

したがって、この研究に関する私の個人的な意見は、依然として「待って見る」というものです。

しかし、もしそれが真実だと判明すれば、それは大きな進歩となるだろう。

概要には次のように記されています:

しかし、生命の始まりを表すTotiSCが生殖細胞が存在しない状態で体外で確立できるかどうか、またどのように確立できるかは依然として課題です。

05. どういう意味ですか?

著者の原文を引用します。

TotiSC の誘導と維持に対する当社の化学的アプローチは、非生殖細胞から生命を創造するための全能性状態を操作および理解するための明確な in vitro システムを提供します。

1 つは非生殖系列からの生命の創造であり、これは生殖細胞を使用せずに生命を創造することを意味します (もちろん、これはベンターとはまったく同じではありません)。

1つが定義されています。

最後に、合理的かつ友好的な議論を歓迎します。私が間違っていると思うなら、あなたは正しいに違いありません。