iPS細胞と医療
最新技術でどこまで臓器は治せるか
2026年4月刊
高山和雄著
著者の経歴
高山和雄（1986年生）は、徳島県出身の日本の薬学・再生医療研究者である。2010年に大阪大学薬学部を卒業し、2015年に同大学大学院薬学研究科博士課程を修了、博士（薬科学）を取得した。大阪大学で助教を務めた後、2020年に京都大学iPS細胞研究所の主任研究者に就任した。2025年2月から東京科学大学総合研究院難治疾患研究所に勤務し、人体模倣システム学分野の教授を務めるほか、京都大学大学院医学研究科の客員教授も兼任する。iPS細胞から作製するオルガノイドや臓器チップを用いて、人間の臓器の働きを再現し、病気の仕組の解明や新薬開発につなげる研究を進めている。
本書の内容
1.生命と細胞の原理
本書は、iPS細胞という先端技術を理解するために、まず生命がどのように成立し、一つの受精卵から多様な細胞や臓器が形成されるのかという基本的な問題から出発する。人間の身体は、神経細胞、心筋細胞、肝細胞、皮膚細胞など、異なる働きを持つ膨大な数の細胞によって構成されているが、これらの細胞は原則として同じ受精卵に由来し、ほぼ共通の遺伝情報を持っている。それにもかかわらず、細胞ごとに異なる形や機能が生まれるのは、どの遺伝子が働き、どの遺伝子が抑えられるかという制御の仕組が異なるためである。発生の過程では、細胞が分裂を繰り返しながら特定の役割を獲得する分化という現象が起こり、やがて複雑な組織や臓器が形成される。かつては、一度分化した細胞は基本的に元の未分化な状態へ戻れないと考えられていたが、細胞の核に含まれる遺伝情報と、その働きを制御する仕組の研究が進むにつれて、この常識が覆される可能性が見えてきた。iPS細胞の誕生は、細胞が一度獲得した性質を人工的に変え、再び多様な細胞へ分化できる状態に戻せることを示した点で画期的であった。ここから、損傷した組織を修復するために必要な細胞を作り出すという、再生医療の新しい発想が生まれた。
2.iPS細胞の誕生
iPS細胞は、人工多能性幹細胞（induced pluripotent stem cell）の略称であり、皮膚や血液などから採取した体細胞に特定の因子を導入し、多様な細胞へ分化できる状態に初期化した細胞である。2006年、京都大学の山中伸弥らは、マウスの線維芽細胞に四つの転写因子を導入することによって、胚性幹細胞に似た性質を持つ細胞を作製することに成功した。この四つの因子は、一般に山中因子と呼ばれ、Oct3/4、Sox2、Klf4、c-Mycとして知られている。翌2007年にはヒトの体細胞からもiPS細胞が作製され、2012年には山中伸弥とジョン・ガードンが、成熟した細胞を初期化できることの発見によってノーベル生理学・医学賞を受賞した。この研究が画期的だったのは、受精卵から得られる胚性幹細胞とは異なり、成人の体細胞から多能性を持つ細胞を作り出す道を開いたことである。患者自身の細胞からiPS細胞を作製すれば、その人と遺伝的に近い細胞を研究や治療に利用できる可能性がある。ただし、初期化した細胞がそのまま臓器になるわけではなく、目的の細胞へ正確に分化させ、安全性と品質を確保する技術が必要になる。iPS細胞の発見は治療の完成ではなく、細胞を設計し直す新しい医学の出発点である。
3.細胞を育てる技術
iPS細胞を医療に応用するためには、細胞を作製するだけでなく、目的とする細胞へ安定して分化させ、必要な量を確保する培養技術が不可欠である。たとえば心臓の治療に利用するのであれば心筋細胞を、目の治療に利用するのであれば網膜の細胞を、神経疾患の治療に利用するのであれば特定の神経細胞を作り出さなければならない。こうした分化誘導では、細胞が胎児の発生過程で受け取る化学的な信号や周囲の環境を人工的に再現することが重要になる。更に、研究室で少量の細胞を作ることと、患者に移植できる品質の細胞を大量に製造することは、まったく異なる技術的課題を伴う。細胞が目的どおりに分化しているか、異常な細胞が混入していないか、移植後に腫瘍を形成する危険がないかなどを厳密に調べる必要がある。また、培養に使う材料や製造工程の違いによって細胞の性質が変化する可能性があるため、再現性の高い製造方法を確立しなければならない。細胞の保存や輸送、移植後の生着率の向上、免疫拒絶反応への対応も重要な課題となる。iPS細胞による医療の実用化とは、生命科学の発見を安全で安定した医療製品へ変えるための、長い技術開発の過程である。
4.目の再生医療
iPS細胞を利用した再生医療の代表的な研究分野の一つが、網膜などの眼の組織を対象とする治療である。目の奥にある網膜は光を感じ取り、その情報を神経信号へ変換する重要な組織であり、網膜色素上皮細胞は視細胞の働きを支える役割を持っている。加齢黄斑変性などの病気では、網膜の細胞やその周辺組織に障害が起こり、視力が低下する。こうした疾患に対して、iPS細胞から作製した網膜色素上皮細胞を移植し、失われた機能を補う研究が進められてきた。日本では2014年に、患者自身のiPS細胞から作製した網膜色素上皮細胞を用いる臨床研究が実施され、iPS細胞由来の細胞を人間へ移植する重要な先例となった。その後、他人の細胞から作製したiPS細胞を利用する方法や、網膜の細胞をシート状にして移植する技術なども研究されている。しかし、網膜は複雑な神経回路を持つ組織であり、細胞を移植すれば必ず視力が回復する訳ではない。細胞が生着し、周囲の組織と適切に機能することに加え、病気の進行度や残された視細胞の状態なども治療効果を左右する。本書が取り上げる眼科領域の研究は、iPS細胞が実際の患者の治療へ進み始めたことを示す一方、細胞移植と臓器機能の回復との間には、なお多くの医学的課題が存在することを教えている。
5.脳と神経の再生
脳や神経の病気は、iPS細胞による再生医療が特に期待される分野である。脳には複雑な神経回路が形成されており、特定の神経細胞が失われると、運動、記憶、感覚などの機能が障害される。パーキンソン病では、脳内でドーパミンを作る神経細胞が減少することによって、手足の震え、動作の緩慢さ、筋肉のこわばりなどが現れる。従来は不足するドーパミンの作用を補う薬物療法などが中心であったが、iPS細胞からドーパミン神経細胞の前駆細胞を作製し、脳内へ移植することによって、失われた機能を補おうとする研究が進められてきた。日本では京都大学などが中心となり、iPS細胞由来の細胞を用いたパーキンソン病の臨床研究が実施され、再生医療の実用化へ向けた重要な成果が積み重ねられている。
6.実用化を阻む課題
iPS細胞の研究が進歩しても、再生医療を安全で広く利用できる治療法として確立するには、多くの課題が残されている。最も重要なのは、移植した細胞が患者の身体の中で長期間にわたって安全に働くことを確認することである。iPS細胞は高い増殖能力を持つため、目的の細胞へ十分に分化していない細胞が残っていると、腫瘍形成などの危険につながる可能性がある。また、患者本人の細胞を使う自家移植では免疫学的な適合性が期待できる一方、患者ごとに細胞を作製するため、製造に時間と費用がかかる。他人の細胞を使う他家移植では、あらかじめ大量の細胞を製造して保存できる利点があるが、免疫拒絶反応への対策が必要になる。更に、細胞製品は通常の化学合成医薬品とは異なり、生きた細胞を品質管理の対象とするため、製造工程の僅かな変化が製品の性質に影響する。細胞の純度、遺伝的な安定性、機能、保存状態などを厳密に評価し、一定の品質を再現できる製造技術が求められる。加えて、臨床試験で安全性と有効性を確認し、医療制度の中で適切な費用負担を実現することも不可欠である。再生医療の普及には、生命科学の発見だけでなく、製造技術、品質保証、臨床医学、規制制度、医療経済を統合する仕組が必要である。
7.創薬を変える細胞技術
iPS細胞の価値は、失われた細胞を患者へ移植する再生医療だけにあるのではない。むしろ、患者の細胞から病気を再現し、その仕組を解明して新薬を開発するという創薬研究にも、非常に大きな可能性がある。従来、新薬の研究開発では培養細胞や実験動物を使って薬の効果と安全性を調べてきたが、動物と人間では遺伝子や臓器の働きが異なるため、動物実験で有効だった薬が人間には効かないことや、予想外の副作用を引き起こすことがあった。iPS細胞を利用すれば、患者から採取した細胞を初期化し、心筋細胞、神経細胞、肝細胞などへ分化させることによって、その患者の遺伝的な特徴を持つ細胞を実験室で研究できる。たとえば遺伝性の心疾患を持つ患者のiPS細胞から心筋細胞を作れば、病気に特有の異常を観察し、候補となる薬がその異常を改善するかどうかを調べることができる。また、肝細胞を利用して薬の代謝や毒性を評価する研究も進められている。こうした技術は、薬の候補をより早い段階で選別し、効果が期待できない薬や危険性の高い薬を開発過程から除外することに役立つ可能性がある。
8.ミニ臓器と臓器チップ
本書の大きな特色は、著者の専門分野であるオルガノイドと臓器チップを通じて、iPS細胞研究の未来を展望していることである。オルガノイドとは、幹細胞などから作製される三次元の細胞組織であり、実際の臓器の構造や機能の一部を再現することから、一般にミニ臓器とも呼ばれている。たとえば腸、肝臓、腎臓、脳などの特徴を持つオルガノイドを作製すれば、従来の平面的な細胞培養では再現しにくかった細胞同士の相互作用や組織の形成過程を研究できる。一方、臓器チップとは、微細な流路や培養空間を備えた小型の装置の中に細胞を配置し、血流、物質の移動、機械的な刺激など、実際の臓器に近い環境を人工的に再現する技術である。これらを組み合わせることによって、薬が臓器にどのような影響を与えるのか、病気がどのように進行するのかを、より精密に調べることが期待されている。更に、異なる臓器のモデルを接続すれば、ある薬が肝臓で代謝された後、心臓や腎臓にどのような影響を与えるかといった、複数の臓器にまたがる問題の研究にも応用できる可能性がある。重要なのは、iPS細胞の技術が、臓器を移植して治す医療だけでなく、臓器の働きを体外で再現して病気を理解し、治療薬を開発する医療へと発展していることである。
本書が言いたかったこと
医療の未来が、病気によって失われた機能を薬や手術で補う段階から、生命が持つ細胞の形成能力を利用して、病気の原因を理解し、損傷した組織を修復する段階へ進み始めている。iPS細胞の発見によって、一度役割が決まった細胞を初期化し、別の種類の細胞へ作り変えることが可能になった。この技術は、再生医療だけでなく、患者の病気を実験室で再現し、薬の効果や副作用を事前に調べるという、新しい医学の発展にもつながっている。しかし、細胞を作れることと、安全で有効な治療を患者へ届けられることは同じではない。実用化には長期的な安全性の確認、安定した大量生産、費用の削減、適切な医療制度の整備が欠かせない。本書が示す未来は、全ての臓器を自由に作り直せるという単純な夢ではなく、生命の仕組を一つずつ解明し、その知識を確かな医療技術へ変えていく着実な進歩である。iPS細胞は、病気になってから治す医療と、病気の仕組を理解して予防や治療法の開発につなげる医療を結びつける、21世紀の生命科学の重要な基盤である。