39.11: 幹細胞培養

幹細胞研究は、幹細胞を使用して細胞の損傷を再生および修復する方法を見つけることを目的としています。 時間が経つと、ほとんどの成体細胞は老化により磨耗し、分裂して自己修復する能力を失います。 幹細胞は特定の形態や機能を示しません。 成体幹細胞は、ほとんどの組織に細胞の小さなサブセットとして存在し、分裂を続け、一般的にその組織によって形成される多数の特殊な細胞に分化することができます。 これらの細胞は、体が体の組織を再生し、修復することを可能にします。

未分化細胞が特殊な細胞になるよう誘導するメカニズムは、ほとんど理解されていません。 実験室環境では、成長の物理的および化学的条件を変更することにより、幹細胞を誘導して特殊な細胞に分化させることができます。 幹細胞のいくつかのソースが実験的に使用され、その起源と分化の可能性に従って分類されます。 ヒト胚性幹細胞 (hESC) は胚から抽出され、多能性を持っています。 多くの器官や分化した組織（骨髄や皮膚など）に存在する成体幹細胞は多分化能を持っており、分化はそれらの組織に見られる細胞の種類に限定されています。

臍帯血から単離された幹細胞も、乳歯 (乳歯) からの細胞と同様に多分化能を持っています。 研究者らは最近、マウスとヒトの成体幹細胞から人工多能性幹細胞（iPSC）を開発しました。 これらの細胞は、遺伝的に再プログラムされた多能性成体細胞であり、胚性幹細胞のように機能します。 それらは、3 つの胚葉すべてに特徴的な細胞を生成することができます。

幹細胞は分裂して特殊な細胞に分化する能力があるため、糖尿病や心臓病などの病気の治療法となる可能性があります。 細胞ベースの治療とは、損傷または破壊された細胞または組織を修復するために、増殖皿で分化誘導された幹細胞を患者に注射する治療を指します。 細胞ベースの治療を応用するには、多くの障害を克服する必要があります。 ES細胞はほぼ無限の分化可能性を持っていますが、患者の免疫系には異物とみなされ、拒絶反応を引き起こす可能性があります。 また、胚性幹細胞を単離するために胚を破壊することは、かなりの倫理的および法的問題を引き起こします。

対照的に、患者から単離された成体幹細胞は身体にとって異物とみなされませんが、分化範囲は限られています。 子供の臍帯血や乳歯を保管し、将来子供が必要になった場合に備えて幹細胞の供給源を保管している人もいます。 人工多能性幹細胞は、胚性幹細胞の法的、倫理的、免疫学的落とし穴を回避できるため、この分野での有望な進歩と考えられています。

このテキストは openstax Anatomy and physiology 2e, Section 3.6: Cell differentiation.

幹細胞培養は、最適な条件下でin vitroで幹細胞を増殖させるプロセスです。

幹細胞は、組織や臓器の再生など、幅広い医療用途に応用されています。

幹細胞サンプルは通常、成体組織または胚組織から抽出されます。

次に、これらのサンプルは、必要な細胞間相互作用と栄養素を提供する不活化マウス胚性線維芽細胞からなるフィーダー層でコーティングされたプラスチック培養皿に移されます。幹細胞の自発的な分化を防ぎます。

培養皿には、主に成長ホルモンと必須栄養素を含む培地が補充されています。幹細胞に栄養を与えて分裂させ、培養皿に広げてコロニーを形成します。

必要なサイズに増殖したら、これらのコロニーを穏やかに除去して継代にかけ、さらに再播種または複数回継代して、純粋で連続的に増殖する細胞株を確立します。

確立された細胞株は、in vitroで何百万もの幹細胞を生じさせることができます。そのため、これらの培養幹細胞のバッチは、将来の使用のために凍結することができます。