運動のしすぎや加齢によって身体に起こる変化のなかには、生活のクオリティを大幅に低下させるものがある。そのひとつが関節痛だ。関節は、骨の関節面を覆う弾力性のある軟骨がクッションのような役割を果たすことで、スムーズに動くようにできている。しかし、それは再生能力に乏しく「消耗する組織」としても知られている。
けがや病気、または加齢とともに軟骨が摩耗すると、骨と骨が直に擦り合わさることで痛みや炎症が起きる。これらが原因となって、最終的には関節炎になってしまうこともあるのだ。なかでも世界中で多くの人々が悩まされている代表的な疾患に、変形性関節症がある。
このほどスタンフォード大学医学部の研究者が開発した技術は、関節痛に悩まされている多くの人々を救う手立てになるかもしれない。生物医学ジャーナル誌『Nature Medicine』で発表された論文によると、関節の表面をわずかに傷つける「マイクロフラクチャー」と呼ばれる技術により、関節内の軟骨を再生できることが明らかになった。医療科学の発達により、摩耗する組織を再生できる未来が見えてきたのである。
自己再生能力に乏しい軟骨
「成人の軟骨は再生能力が実質的にゼロになってしまうので、いちど負傷したりすり減ったりしてしまうと、患者のためにわたしたちができることは非常に限られています」と、スタンフォード大学医学部外科のチャールズ・チャン准教授は説明する。「身体にとって重要な組織を再生させる方法を発見できたことは非常に喜ばしいです」
成人の軟骨が再生しない理由として、そこに骨格幹細胞があまりないことが挙げられる。ところが研究チームが過去に実施したマウスの実験では、微小骨折が骨格幹細胞を活性化させることが確認されている。骨髄の中にある骨格幹細胞は、骨だけでなく線維芽細胞や軟骨などに分化する能力があるのだ。
それでは、わざと骨を傷つけることで、再生能力のある幹細胞をどうにか軟骨の再生に利用できないだろうか？
このように考えた研究者たちは、関節の表面に小さな穴を開けるマイクロフラクチャーという技術でわずかな“傷害”を引き起こすことで、関節の軟骨を再生する方法を考え出した。そして活性化した幹細胞がどのように働いているか分析したのだ。
骨格幹細胞には軟骨として発達する段階がある
マイクロフラクチャー技術は関節内に新しい組織の形成を促すが、この組織はもともとの軟骨とは異なるものだという。骨格幹細胞は、いくつかの段階を経て骨になる。新たに形成された組織は骨として成熟する前に、まず軟骨の段階を経る必要があるのだ。
それならば、新しくできた軟骨が骨に発達する前に、この成熟プロセスを停止させてしまえばいい。研究者らは、マイクロフラクチャー後に幹細胞を骨へと分化するよう促すために、骨形態形成たんぱく質2（BMP2）と呼ばれる強力な分子を使用した。その後、骨形成に重要なシグナル伝達分子である血管内皮増殖因子（VEGF）をブロックし、このプロセスを中断させた。
「マイクロフラクチャーの結果、線維性軟骨と呼ばれるものができます。これは天然の軟骨というよりは、実際には瘢痕（はんこん）組織のようなものです」と、チャン博士は言う。
瘢痕組織とは、傷が治っていく過程で傷の欠損部を埋める肉芽組織が形成され、それが最終的に“治癒”したものとして安定した傷跡になった組織のことだ。こうしてできた“軟骨”は、本来の軟骨のようなしなやかさや弾力性には欠け、劣化も早いという。ところが、彼らの実験で最終的に形成されたのは、もともとの軟骨と同じ種類の細胞でできた、同等の機械的性質をもつ軟骨だった。
定期的なメンテナンスのための技術
ここでいちばん知りたいのは、マイクロフラクチャーによる軟骨再生技術が人間でも機能するかどうかだろう。研究チームはすでに、ヒトの骨格幹細胞の骨の分化を誘導して軟骨の発達段階で停止させられることに、ヒトの組織を移植したマウスの実験で確認している。加えて、骨格幹細胞を軟骨に分化させるために必要な「BPM2」と「VEGF」は、米食品医薬品局（FDA）によってすでに承認されているという。
だが、ヒトで臨床試験を始める前に、まずはマウスよりも大きな動物で同様の実験をする必要がある。研究者らはヒトの指などの小さな関節から実験を始め、それから膝といったより大きな関節に移行する予定だ。「わたしたちは変形性関節症マウスの可動性を回復させ、痛みを大幅に軽減させることができました」と、チェン博士は言う。
しかしながら、損傷が蓄積するまで待つことだけが今回の技術の利用法ではない。問題が発生する前に、定期的な関節軟骨の修復に応用することも、ひとつのアイデアであると研究チームは締めくくっている。
※『WIRED』による研究結果の関連記事はこちら。
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August 29, 2020 at 03:00PM
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