薬剤とES細胞・iPS細胞から『三次元的骨様組織』を作製、東大
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再生医療では多能性幹細胞（ES細胞やiPS細胞）から様々な細胞を作製することで、培養皿上における『三次元組織様構造体』を作ることで、組織が形成される過程を理解することや治療用薬剤の開発につながるとされる。
また、従来の「ウシ胎仔血清（組成が不明）」・「遺伝子導入」・「組換えタンパク質」は使用せずに、目的の細胞を三次元的に誘導できるように作製にあたることが安全性・コスト面で重要になっている。
そのため近年では、「血清」・「遺伝子導入」・「組換えタンパク質」に代わり、低分子化合物による幹細胞の維持や目的の細胞への分化・増殖の制御方法が注目されている。
東京大学では5月15日、大庭伸介氏（同大大学院医学系研究科附属疾患生命工学センター臨床医工学部門准教授）、鄭雄一氏（同教授）の研究グループが、薬剤のみを誘導剤に使用して、組成が不明なものは一切含まない培養系でマウスの多能性幹細胞から三次元的な骨様組織を作製する方法を開発したと発表した。
同研究成果は、5月12日付けの米国科学振興協会（AAAS）のオンライン科学雑誌「Science Advances」で発表されている。
「4種類の薬剤のみ」から骨芽細胞を誘導、『三次元培養系』に応用
同研究グループでは、2014年には組成が不明なものを使用せずに「4種類の薬剤のみ」を誘導因子として、多能性幹細胞から骨芽細胞（骨組織で骨形成を行う細胞）を誘導する方法（中胚葉を経由）を開発。
今回の研究では、その誘導方法を「アテロコラーゲンスポンジ」を担体とした三次元培養系に応用して、マウスの多能性幹細胞から三次元的に骨様組織を作製することに成功した。
マウスのES細胞（・iPS細胞）の多能状態としては、「2i培養法（MEK阻害剤（PD0325901）・GSK3阻害剤（CHIR99021）による培養法）」によって、無血清・無フィーダーでの維持が可能であると報告されている。同研究グループでは、アテロコラーゲンスポンジ担体による三次元培養系においても、この「2i培養法」の阻害剤（2i）を使用してマウスのES細胞を維持できることを確認。
さらに、三次元培養系での2i除去後も、マウスのES細胞の多能性は維持され、適切な低分子化合物の組み合わせで処理することで三胚葉それぞれへの誘導が確認できたという。
目的の細胞への最終分化も誘導が可能
同研究グループでは、三次元培養系においてマウスのES細胞・iPS細胞によって目的とする細胞の最終分化を誘導できるか検討。
骨芽細胞を誘導した4種類の薬剤を三次元培養系に添加したところ、中胚葉経由で骨芽細胞を形成し、骨組織の重要な特徴でもある「基質の石灰化」が誘導された。また、この三次元培養系ではマウスのES細胞から骨芽細胞に加えて骨細胞も誘導されることも分かったという。
マウスのES細胞から骨細胞を誘導後、破骨細胞（骨を破壊する細胞）の前駆細胞を担体中に添加すると、担体内では破骨細胞が形成。このことから、三次元培養系においてマウスのES細胞から誘導された骨芽細胞・骨細胞は、生体の仕組みと同様に『破骨細胞形成誘導能』を有し、機能的であることが示唆される。
生体内の臓器を模倣した三次元組織を試験管内で作製できる可能性
今回、同研究で開発された、薬剤のみによるマウス多能性幹細胞からの骨様組織（骨芽細胞・骨細胞を含む）を三次元的に作製する手法では、生体内の臓器を模倣した三次元組織を試験管内で効率的に作製する基盤技術だと考えられる。
多能性幹細胞を用いることで、「骨芽細胞」・「骨細胞」・「破骨細胞」という骨の形成・維持を制御する細胞が三次元的に機能する骨様組織を培養皿上・試験管内で作製できる可能性がある。
骨疾患のメカニズム解明や治療薬の開発・再生医療への応用に期待
今回の研究結果から、骨粗鬆症などの様々な骨疾患の治療薬開発・骨再生医療への応用が期待されるとともに、骨組織に生じる疾患理解、骨組織の形成・維持のメカニズム理解にも貢献する研究成果となっている。
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