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人工多能性幹細胞(じんこうたのうせいかんさいぼう、Induced pluripotent stem cells)とは、体細胞(主に線維芽細胞)へ数種類の遺伝子(転写因子)を導入することにより、ES細胞(胚性幹細胞)に似た分化万能性(pluripotency)「pluripotency」の日本語訳については、科学者の間では「多能性」と訳されるが、「totipotency(全能性)」と「multipotency(多能性)」の中間の分化能力として捉えた場合、「万能」と表記した方が分かりやすいため、報道や講演などで多用される。なお、ES細胞は特定の条件化において、胎盤組織へと分化できることが分かっており、現在では「pluripotency」とは、それ自体では個体になり得ないが、すべての細胞・組織に分化できる能力とされている。を持たせた細胞のこと。京都大学の山中伸弥教授らのグループによって世界で初めて作られた。

英語の頭文字を取り、iPS細胞(アイピーエスさいぼう)名称は通例では英語の頭文字を大文字で並べるが、「iPS細胞」と i だけ小文字になったのは、ES細胞が2文字であることから「できるだけ2文字に近づけようとした」という理由と、ヒット商品であるiPodにあやかったという理由がある。と呼ばれ、誘導多能性幹細胞(ゆうどうたのうせいかんさいぼう)この訳が原語の意味を正確に表現している。とも訳される。

元来、生物を構成する種々の細胞に分化し得る分化万能性は、胚盤胞期の胚の一部である内部細胞塊や、そこから培養されたES細胞、及びES細胞と体細胞の融合細胞、一部の生殖細胞由来の培養細胞のみに見られる特殊能力であったが、iPS細胞樹立法の開発により、受精卵やES細胞をまったく使用せずに分化万能細胞を単離培養することが可能となった。

分化万能性を持った細胞は理論上、体を構成するすべての組織や臓器に分化誘導することが可能であり、ヒトの患者自身からiPS細胞を樹立する技術が確立されれば、拒絶反応の無い移植用組織や臓器の作製が可能になると期待されている。ヒトES細胞の使用において懸案であった、胚盤胞を滅失することに対する倫理的問題の抜本的解決に繋がることから、再生医療の実現に向けて、世界中の注目が集まっている。

また、再生医療への応用のみならず、患者自身の細胞からiPS細胞を作り出し、そのiPS細胞を特定の細胞へ分化誘導することで、従来は採取が困難であった組織の細胞を得ることができ、今まで治療法のなかった難病に対して、その病因・発症メカニズムを研究したり、患者自身の細胞を用いて、薬剤の効果・毒性を評価することが可能となることから、今までにない全く新しい医学分野を開拓する可能性をも秘めていると言える。

また、この技術を使えば男性から卵子、女性から精子を作るのも可能となり、同性愛者同士による子の誕生も可能にするため、技術適用範囲については大いに議論の余地が残っている。

◆ 概略

植物は基本的には組織切片から全体を再生することができる。例えばニンジンを5mm角程度に切り出し、エタノールなどにつけて消毒し、適切な培地に入れて適切な(温度・日照などの)条件におけば胚・不定芽などを経て生育し、元のニンジン同様の形になる(組織培養)。

しかし、(高等)動物では、受精卵以外の組織はこうした能力(全能性)を持たない。一方、培養下において、すべての組織に分化し得る能力(分化万能性)を持つ細胞は存在する。一般論をいえば、これらの分化万能性を持つ動物の細胞を適切な培地にいれて適切な条件で培養しても、秩序だった組織は形成されず、細胞の塊ができるだけである。しかし、これらの細胞から組織、器官を分化・形成させることができれば、事故や病気などで失ってしまった体の部分を移植元の人体の提供なしに移植することができる。また、他人の組織移植に伴う拒絶反応の発生を抑制することも可能となると考えられる。そのため培養による組織の形成には様々な試みがなされてきた。

ES細胞はその代表例であり、体を構成する様々な器官に誘導することが可能であることが知られていた。しかしES細胞は胚(受精卵)からしか得ることができず、胚の採取は危険を伴うこと、順調に発育すれば一個の生命となる胚を実験用に扱うことについては倫理的な問題も指摘されている。また、ES細胞の研究過程では韓国人研究者による捏造事件の発生などもあり、研究は一時期停滞していた。

そのため、皮膚や血液といった「一応再生が利く」組織からの分化万能性をもった細胞の発見が期待されていた。体細胞に特定の遺伝子を導入することでES細胞と類似の分化性を持たせた細胞が、人工多能性幹細胞である。

◆ iPS細胞樹立の背景

ヒトの体はおよそ60兆個の細胞で構成されているが、元をたどればこれらの細胞はすべて、たった一つの受精卵が増殖と分化を繰り返して生まれたものである。この受精卵だけが持つ完全な分化能力を全能性(totipotency)と呼び、ヒトを構成するすべての細胞、および胎盤組織を自発的に作り得る能力を指す。受精卵が胚盤胞まで成長すると、将来胎盤を形成する細胞と、身体を形成する細胞へと最初の分化が起こる。後者の細胞は内部細胞塊に存在し、胎盤以外の全ての細胞へ分化可能なことから、これらの細胞がもつ分化能力を分化万能性(pluripotency)と呼ぶ。この内部細胞塊から単離培養されたES細胞もまた、分化万能性を持ち、体を構成するすべての細胞に分化可能である。なお、成人にも神経幹細胞や造血幹細胞など、種々の幹細胞が知られているが、これらの幹細胞のもつ分化能力は、多様な細胞に分化可能であるものの神経系や造血系など一部の系統に限られているため、多能性(multipotency)と呼ばれている。

ES細胞などの分化万能細胞は、培養条件によって分化万能性を維持したまま増殖したり、多種多様な細胞へ分化することができる。しかしながら、分化万能細胞も体細胞も核内にもつ遺伝子の塩基配列情報は(テロメア部分などの一部を除き)全く同一であり、様々な遺伝子の発現量と、それを制御しているクロマチンの修飾様式、及びDNAのメチル化修飾様式などのエピジェネティクスに関する違いが認められるだけである。例えば、ES細胞はOct3/4やNanogなどの遺伝子を発現してES細胞としての分化万能性を維持しているが、末端分化した体細胞ではOct3/4やNanogなどの遺伝子を発現していない。全ての体細胞はOct3/4やNanogの遺伝子を核内に持ってはいるが、様々な転写因子やエピジェネティック機構により、発現が抑制されているのである。

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