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iPS細胞で卵子・精子を作る「究極の不妊治療」は実現できるのか? 研究者に聞く生殖細胞研究の最前線

サイエンス思考

受精卵の細胞分裂が進むようす。

Red_Hayabusa/Getty Images

iPS細胞を用いて肝臓や心臓の細胞を作る——。

現代では、iPS細胞やES細胞(※)と呼ばれる多能性幹細胞を使って、欲しい細胞や組織を作り出す研究が精力的に進められています。

私たちの全身の細胞は、精子と卵子が融合した「受精卵」というたった1つの細胞から生み出されたものです。

受精卵から幾度となく細胞分裂が繰り返されていく中で、ある細胞は皮膚の細胞になったり、ある細胞は脳の細胞になったりと、細胞の運命が決定づけられていきます。

これが「分化」と呼ばれる現象です。

※ES細胞:受精卵をもとに作られた胚性幹細胞。iPS細胞と同じようにさまざまな細胞になることができる。

細胞は一度分化してしまうと、もう二度と分化前の状態に戻れないと考えられていました。

その前提を覆したのが、iPS細胞でした。

iPS細胞が「すごい」と言われているのは、分化した細胞にたった4つの遺伝子を導入するだけで、別の細胞に分化できる能力を再獲得できるためです。

この万能性から、iPS細胞は「万能細胞」と呼ばれることもあります。

ヒトiPS細胞

線維芽細胞から樹立したヒトiPS細胞のコロニー(集合体)。コロニーの横幅は実寸約0.5ミリメートル。

提供:京都大学教授 山中伸弥

iPS細胞の研究では、iPS細胞を思い思いの細胞へと分化させるための培養条件や、iPS細胞がそれぞれの機能を持つ細胞へと正しく分化する上で細胞内で発現している遺伝子の種類などの探求が行われています。

実はその流れの中で、iPS細胞を材料にして、精子や卵子といった生殖細胞を作る研究も進められています。

iPS細胞から完全な形で精子や卵子を作ることができるなら……。そこから受精卵を作り、子どもを生み出すこともできるかもしれません。

ヒトで行うには倫理的に非常に大きな問題をはらんでいる技術ではありますが、一方で、何らかの理由で卵子や精子を作れないような夫婦にとっては、究極の不妊治療の手法になる可能性も秘めています。

そこで今月の連載「サイエンス思考」では、京都大学iPS細胞研究所の斎藤通紀教授にご協力いただき、iPS細胞を使った不妊治療の可能性や、精子や卵子といった生殖細胞を研究する発生生物学の最前線について話を聞きました。

マウスではiPS細胞由来の子どもを生み出すことができる

マウス

マウスを使った実験では、すでにiPS細胞由来の子どもを生み出すことに成功している。(写真はイメージです)

Kirill Kurashov/Shutterstock.com

「マウスであれば、iPS細胞由来の卵子と生体内で作られた精子から受精卵を作り、子どもを生み出すことはできています。一方、ヒトの細胞を使った実験では、卵子や精子の『元』になる細胞を作ることまではできています」

斎藤教授は、iPS細胞から子どもを作ることが「できるかできないか」といえば、マウスではすでに「できる技術はある」と語ります。

ヒトのiPS細胞から子どもをつくることは、倫理的に大きな問題を含み、現段階では禁止されています。

斎藤教授は、マウスiPS細胞やES細胞から生殖細胞の「元」である始原生殖細胞を作り出し、そこから精子(2011年に成功)や卵子(2012年に成功)の培養に成功。実際に、子どものマウスをつくることにも成功しました。また、ヒトiPS細胞から始原生殖細胞(2015年に成功)を作り出し、初期の卵子を作ることにも成功しています。

これらの成果は、iPS細胞から試験管内で生殖細胞を作り出す研究の礎を築いた成果であり、世界的にも大きく注目されました。

現在では、マウスはもちろんのこと、サル、ヒトの細胞を使って、卵子や精子といった生殖細胞を正常な形で作り出すために必要な遺伝子のさらなる探索を進めています。

斎藤教授は、そういった中で、

「生殖の研究を本格的にできるようにするには、試験管内での研究ができないといけない。それができると、大きなアドバンテージになるはずです。私は、その基盤作りをしています」

と自身の研究について話します。

卵子

ヒトの卵子。卵子を研究するにも、卵子を手に入れる方法がなければなかなか研究を進められない。

ugurhan/Gettty Images

卵子の成分を分析したり、卵子になる過程で発現する遺伝子を調べたりと、研究においては何をするにもまずは卵子が必要です。しかし、マウスなどのモデル生物から卵子を得ようにも、1匹のマウスから得られる卵子の数は限られています。これでは研究のスピードも加速されません。

ましてやヒトの卵子で研究を行うには、倫理的に非常に高いハードルがありました。

iPS細胞を用いて生殖細胞を作り出す技術を確立できれば、これらの課題の多くが解決することになります。斎藤教授が「基盤作り」の重要性を訴える理由は、ここにあります。

斎藤教授は、2020年2月にも、始原生殖細胞から卵母細胞と呼ばれる卵子の前段階の細胞を作る因子を特定したことを発表。アメリカの科学誌『Science』に掲載されました。

iPS細胞はどんな環境で生殖細胞へ分化するのか。そして、そのときどんな遺伝子がはたらいているのか。地道な研究の積み重ねによって、試験管の内部で生殖細胞を着実に再現できるようになってきているのです。

iPS細胞はどこまで生体内の細胞を模倣できるのか?

卵割

受精卵が細胞分裂していくようす。受精後、発生の過程でうまく成長しないこともある。

Red_Hayabusa/Getty Images

iPS細胞を欲しい細胞に分化させる上で重要なのは、いかに細胞の機能や様子が生体内の状態を模倣できているかという点に尽きます。細胞内で遺伝子のはたらきを制御する「エピゲノム」と呼ばれるDNA上の特徴なども、重要なポイントの一つです。

では、現状の技術で、どこまでうまく生体内にある生殖細胞を模倣できているのでしょうか?

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