堤璃水 日本学術振興会特別研究員（理学研究科）、阿形清和 理学研究科教授は、山田重人 医学研究科教授との共同研究で、これまで関節を再生することができないとされてきたカエルにおいて、はじめて機能的な関節の再生を引き起こすことに成功しました。この発見により、哺乳類においても機能的な関節再生の実現に向けて新たな知見がもたらされました。
イモリとカエルは同じ両生类に属しますが、イモリは変态后も関节再生能を维持できるのに対し、カエルは変态すると関节の再生能力を失うことが知られていました。今回の研究ではイモリの関节再生で见出された新たな再生原理「残存部と再生部の组织の相互作用」を意図的に起させるという新しい発想で、はじめて変态后のカエルにおける机能的な関节再生に成功しました。この発想を応用することで、将来ヒトを含む哺乳类においても関节再生を実现することができるようになるかもしれません。
本研究成果は、米国科学誌「搁别驳别苍别谤补迟颈辞苍」誌に公开されました。
研究者からのコメント
左から堤特别研究员、阿形教授
われわれは、プラナリアやイモリといった「再生能力の高い動物に再生の原理を学ぶ」ことを行っています。基礎研究ではありますが、再生医療の実現に向けた新たな知見をもたらすものと考えています。プラナリアの再生からは、多能性幹細胞をどのように操作すれば三次元構造をもった脳や咽頭を再生できるかを学びました。プラナリアでは、多能性幹細胞に番地（位置情報と呼ばれる）を与えることで、すなわち座標を作ることで三次元構造が作られることを学びました（Umesono et al., Nature 2013）。イモリの関節再生からは、残存部と再生部との間での組織間調和作用によって、整合性のとれた三次元構造を再生できることを明らかにしました（Tsutsumi et al., Regeneration 2015）。そして今回、カエルで組織間調和作用を機能させれば、骨の構造のみならず上腕の筋肉が下腕に伸びて腱を形成することも可能であることを示しました。この発見は将来の再生医療に大きく貢献するものと期待しています。なぜなら、iPS細胞などから作った三次元構造物を傷んだ部分に移植する際、移植したものが、残存部と整合性のある構造物として生着する必要があるからです。移植したものがホストとは別の構造物にならないようにするにはどうしたら良いか、そのヒントは今回の発見から得られるのです。
概要
われわれ哺乳类では、関节を再生させることはできませんが、有尾両生类のイモリでは、成体になっても四肢をどこで切断しても関节を含む机能的な构造を再生することができます。一方、无尾両生类であるカエルは、変态前には関节を含む四肢をイモリと同じように再生できるのに対し、変态后には関节の再生能力を失ってしまうことから、関节を再生できる有尾両生类と、できない哺乳类をつなぐ架け桥となると考えられます。そこで、再生能力の高い动物に再生の仕组みを学び、その知见を再生能力の低い动物に応用することで、「再生できない动物を再生できるようにする」ことを目指し研究が行われました。
これまでのイモリを用いた研究で、イモリの前肢を肘関节で切断すると、根元に残存した组织と、そこから再生した组织が相互作用することで、残存部の组织と再生部の组织の构造が机能的に调和して関节が作られることが见出されました。そこで、この知见をカエルに応用し、カエルの前肢を肘関节で切断したところ、根元に残った肘関节の片割れに合うような肘関节构造が再生しました。しかも再生した肘関节は腱や靭帯も再生しており、自発的に动かすこともできる机能的なものであることもわかりました。これは、カエルにおける机能的な肘関节の再生に成功したはじめての研究です。今回の知见をもとに、哺乳类においても関节の再生を実现する新たな可能性が见出されるとともに、再生治疗で移植したものと残存部とで调和のとれた构造を再生させるための新たな方法が提示されることが期待されます。
カエルで再生した関节の运动の连続写真。再生した肘関节（黄色矢印）は、曲げ伸ばし运动のできる机能的なものであった。
详しい研究内容について
书誌情报
[DOI]
［碍鲍搁贰狈础滨アクセス鲍搁尝］
Rio Tsutsumi, Shigehito Yamada, Kiyokazu Agata
"Functional joint regeneration is achieved using reintegration mechanism in Xenopus laevis"
Regeneration, Accepted manuscript online: 20 OCT 2015
- 朝日新聞（12月22日 29面）、京都新聞（12月22日夕刊 8面）および産経新聞（12月22日 22面）に掲載されました。
