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[01] Biomedical research on stem cells is at an
early stage, but is advancing rapidly. After many years of isolating
and characterizing these cells, researchers are just now beginning
to employ stem cells as discovery tools and a basis for potential
therapies. This new era of research affords an opportunity to use
what has already been learned to explore the similarities and differences
of adult and embryonic stem cells. (In this discussion, comments about
embryonic stem cells derived from human embryos, and embryonic germ
cells derived from fetal tissue, will be referred to equally as embryonic
stem cells, unless otherwise distinguished.) |
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[01] 幹細胞に関する生物医学研究はまだ初期の段階にあるが、急速に進歩しつつある。長年にわたる幹細胞の分離と特性解明の取り組みを経て、研究者はやっと幹細胞を研究のツール（道具）および期待される治療の原点として利用し始めたばかりである。この新しい研究段階を迎えて、研究者には既に解明された知識に基づいて成体幹細胞と胚幹細胞の類似点と相違点をさらに探求する機会があたえられている（以下の記述では、ヒトの胚から取り出された胚幹細胞と胎児組織から取り出された胚生殖細胞を、特に明記しない限り等しく胚幹細胞と呼ぶことにする）。
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[02] How are Adult and Embryonic Stem Cells Similar?
By definition, stem cells have in common the ability to self-replicate
and to give rise to specialized cells and tissues (such as cells of
the heart, brain, bone, etc.) that have specific functions. In most
cases, stem cells can be isolated and maintained in an unspecialized
state. Scientists use similar techniques (i.e., cell-surface markers
and monitoring the expression of certain genes) to identify or characterize
stem cells as being unspecialized. Scientists then use different genetic
or molecular markers to determine that the cells have differentiated--a
process that might be compared to distinguishing a particular cell
type by reading its cellular barcode. |
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[02] 成体幹細胞と胚幹細胞の類似点は何か
幹細胞は、その定義からしてどれも自己複製能力および特定の働きを持つ個別細胞や生体組織（心臓や脳、骨の細胞など）を作り出す能力を共通して備えている。ほとんどの幹細胞は生体から分離して、未分化の状態に保つことが可能である。どの研究者も細胞表面に識別マーカーを付け、ある種の遺伝子の発現を監視するという同じような技術を用いて、幹細胞が未分化の状態にあることを確認したり、その特性を調べたりする。次いで、別の遺伝子マーカーや分子マーカーを使って、細胞が分化したかどうかを判断する。たとえて言うと、これは細胞のバーコードを読み取って、その細胞の種類を識別する手続きである。
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[03] Stem cells from both adult and embryonic sources
can proliferate and specialize when transplanted into an animal with
a compromised immune system. (Immune-deficient animals are less likely
to reject the transplanted tissue). Scientists also have evidence
that differentiated cells generated from either stem cell type, when
injected or transplanted into an animal model of disease or injury,
undergo “homing,” a process whereby the transplanted cells are attracted
by and travel to the injured site. Similarly, researchers are finding
that the cellular and non-cellular “environment”into which stem cell-derived
tissues are placed(e.g., whether they are grown in a culture dish
or transplanted into an animal) prominently influences how the cells
differentiate. |
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[03] 成体幹細胞も胚幹細胞も、免疫力を抑制した動物の体内に移植すると増殖して個別細胞に分化する（免疫力の弱い動物は、移植された生体組織に対して拒絶反応を示す割合がそれだけ低くなる）。また、これらの幹細胞から分化によって作り出された個別細胞は、いずれも病気にかかったりけがをしている動物に移植ないしは注入すると、「現場直行」を始めることが確かめられている。すなわち移植した個別細胞が、生体組織の損傷箇所にひきつけられるように移動する。さらに、幹細胞から作り出された細胞ないしは組織が移植される環境が生体内であるか否か、言いかえるとこれを培養皿の中で生育させるか、動物の体内に移植するかによって、細胞の分化のプロセスが著しい影響を受けることが解明されつつある。 |
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[04] Another important area that requires substantially
more research concerns the immunologic characteristics of human adult and embryonic
stem cells. If any of these stem cells are to be used as the basis for therapy,
it is critical understand how the body’s immune system will respond to the transplantation
of tissue derived from these cells. At this time, there is no clear advantage
of one stem cell source over the other in this regard. |
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[04] さらなる研究が必要とされるもう一つの重要な分野が、ヒト成体幹細胞およびヒト胚幹細胞の免疫特性にかかわる研究である。これらの幹細胞を治療目的に利用するには、幹細胞から作り出された細胞ないしは組織の移植を受けた生体の免疫系がどのように反応するかを理解することが不可欠となる。またこの点に関して、ヒト成体幹細胞とヒト胚幹細胞のどちらかが決定的に有利であるという証拠は現時点では提出されていない。 |
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[05] How are Adult and Embryonic Stem Cells Different?
Perhaps the most distinguishing feature of embryonic stem cells and adult stem
cells is their source. Most scientists now agree that adult stem cells exist in
many tissues of the human body (in vivo), although the cells are quite rare. In
contrast, it is less certain that embryonic stem cells exist as such in the embryo.
Instead, embryonic stem cells and embryonic germ cells develop in tissue culture
after they are derived from the inner cell mass of the early embryo or from the
gonadal ridge tissue of the fetus, respectively. |
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[05] 成体幹細胞と胚幹細胞の相違点は何か
成体幹細胞と胚幹細胞の最も顕著な特色は、おそらくその出所であろう。成体幹細胞は数は非常に少ないが、生体内の多くの組織中に存在するのに対して、胚幹細胞が胚の内部にそのままの形で存在することはほとんど考えられないというのが、現在多くの研究者の一致した見解である。胚幹細胞や胚生殖細胞は、それぞれ初期の胚の内部細胞塊および胎児の生殖隆起組織から取り出した後、組織培養によって作り出される。
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[06] Depending on the culture conditions, embryonic
stem cells may form clumps of cells that can differentiate spontaneously to generate
many cell types. This property has not been observed in cultures of adult stem
cells. Also, if undifferentiated embryonic stem cells are removed from the culture
dish and injected into a mouse with a compromised immune system, a benign tumor
called a teratoma can develop. A teratoma typically contains a mixture of partially
differentiated cell types. For this reason, scientists do not anticipate that
undifferentiated embryonic stem cells will be used for transplants or other therapeutic
applications. It is not known whether similar results are observed with adult
stem cells. |
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[06] 胚幹細胞は、培養条件いかんによっては集合して塊を作り、これが自発的に分化を始めてさまざまなタイプの細胞を生み出すことがある。このような特性は、成体幹細胞の培養では観察されていない。また、未分化の胚幹細胞を培養皿から取り出して、免疫力を弱めたマウスに注入すると、奇形腫と呼ばれる良性腫瘍ができることがある。奇形腫には部分的に分化した複数種の細胞が混じっているのが普通である。このため研究者は、未分化の胚幹細胞は移植目的やその他の治療用途には利用できないだろうと見ている。成体幹細胞でも同じようなことが起きるかどうかは不明である。 |
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[07] Stem cells in adult tissues do not
appear to have the same capacity to differentiate as do embryonic
stem cells or embryonic germ cells. Embryonic stem and germ cells
are clearly pluripotent; they can differentiate into any tissues derived
from all three germ layers of the embryo (ectoderm, mesoderm, and
endoderm). But are adult stem cells also pluripotent? When they reside
in their normal tissue compartments-- the brain, the bone marrow,
the epithelial lining of the gut, etc.--they produce the cells that
are specific to that kind of tissue and they have been found in tissues
derived from all three embryonic layers. But can adult stem cells
be taken out of their normal environment and be manipulated or otherwise
induced to have the same differentiation potential as embryonic stem
and germ cells? To date, there are no definitive answers to these
questions, and the answers that do exist are sometimes conflicting. |
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[07] 成体幹細胞は、胚幹細胞や胚生殖細胞と同様の分化の能力を備えているのではないようである。胚幹細胞と胚生殖細胞が、多能性細胞であることは明らかで、胚生殖細胞の3つの原始細胞層（外胚葉，内胚葉，中胚葉）から生まれるどの細胞にも分化可能である。では、成体幹細胞も多能性細胞であるのだろうか。成体幹細胞が、脳、骨髄、腸の上皮内壁などの生体内組織中に存在する場合は、それぞれの組織に固有のタイプの細胞を作り出す。また成体幹細胞は、上記の3つの原始細胞層から取り出した組織内でも見つかっている。しかし、成体幹細胞をそのような生体内の組織環境から取り出し、人為的操作その他の方法によって胚幹細胞や胚生殖細胞と同等の分化の能力を持たせることが可能だろうか。これまでのところこの疑問に対する明確な答えは得られておらず、今ある答も互いに矛盾することが多い。 |
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[08] These sources of stem cells do not seem to
have the same ability to proliferate in culture and at the same time retain the
capacity to differentiate into functionally useful cells. Human embryonic stem
cells can be generated in abundant quantities in the laboratory and can be grown
(allowed to proliferate) in their undifferentiated (or unspecialized) state for
many, many generations. From a practical perspective in basic research or eventual
clinical application, it is significant that millions of cells can be generated
from one embryonic stem cell in the laboratory. In many cases, however, researchers
have had difficulty finding laboratory conditions under which some adult stem
cells can proliferate without becoming specialized. This problem is most pronounced
with hematopoietic stem cells isolated from blood or bone marrow. These cells
when cultured in the laboratory either fail to proliferate or do so to a limited
extent, although they do proliferate if transplanted into an animal or human.
This technical barrier to proliferation has limited the ability of researchers
to explore the capacity of certain types of adult stem cells to generate sufficient
numbers of specialized cells for transplantation purposes. |
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[08] 実験室で培養可能で、かつかつ有用な働きを持った細胞に分化可能な能力は、ヒト幹細胞と成体幹細胞とでは異なるようである。ヒト胚幹細胞は実験室で大量に作り出すことも、未分化の状態（個別細胞に分化しない状態）で何世代にもわたって発育･増殖させることも可能である。基礎研究や最終的な臨床応用という現実的な観点から見ると、実験室で1個の胚幹細胞から何百万個もの細胞を作り出せることは、非常に意義のあることである。しかし一部の成体幹細胞については、分化せずに増殖させるための培養条件を探り当てるのに研究者が苦労しているケースが多い。この問題は、血液や骨髄から分離した造血幹細胞の場合に最も顕著である。この種の造血幹細胞は、動物やヒトの体内に移植すると必ず増殖するが、実験室で培養するとまったく増殖しないか、または一定限度までしか増殖しないかのいずれかである。ある種の成体幹細胞の増殖能力を利用して個別細胞を移植目的用に大量に作り出す研究が進んでいるが、増殖に関して前記のような技術上の障害が存在するために、研究者の行く手が阻まれている。 |
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[09] These differences in culturing conditions
contribute to the contrasts in the experimental systems used to evaluate the ability
to become specialized under particular laboratory conditions. Much of the information
on the directed differentiation of embryonic stem cells into cells with specialized
function comes from studying mouse or human embryonic cell lines grown in laboratory
culture dishes. In contrast, most knowledge about the differentiation of adult
stem cells differentiation are from observations of cells and tissues in animal
models in which mixtures of cells have been implanted. |
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[09] 培養条件にこのような相違があるために、幹細胞が一定の実験条件の下で個別細胞に分化できる能力を評価するのに用いられる実験手法にも違いが出てくる。胚幹細胞の分化を人為的に操作して個別細胞を作り出す研究に関する情報のほとんどは、実験室の培養皿で育てたヒトおよびマウスの胚幹細胞株を用いた研究から得られている。これに対して、成体幹細胞の分化に関する知識は、幹細胞を移植した実験動物の細胞や生体組織を観察することによって得られたものである。 |
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[10] Stem cells also differ in their capacity to
specialize into various cell and tissue types. Current evidence indicates that
the capability of adult stem cells to give rise to many different specialized
cell types is more limited than that of embryonic stem cells. A single embryonic
stem cell has been shown to give rise to specialized cells from all three embryonic
layers. However, it has not yet been shown that a single adult stem cell can give
rise to specialized cells derived from all three embryonic germ cell layers. Therefore,
a single adult stem cell has not been shown to have the same degree of pluripotency
as embryonic stem cells. |
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[10] 成体幹細胞と胚幹細胞とでは、さまざまなタイプの個別細胞や生体組織に分化できる能力にも違いがある。現在わかっているところでは、成体幹細胞が各種の個別細胞を作り出す能力は、胚幹細胞に比べるとかなり限られている。たとえば、1個の胚幹細胞は、胚生殖細胞の3つの原始細胞層から生み出されるすべての個別細胞を作り出すことが可能であるが、1個の成体幹細胞も同じようにこの3つの原始細胞層から派生するすべての個別細胞を作り出せるとはまだ証明されていない。つまり、単一の成体幹細胞が胚幹細胞と同程度の多能性を備えているという証拠はない。 |
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