傷跡の見た目を改善するための細胞技術の応用

現代科学は、「バイオテクノロジー」という総称の下に統合された、数多くの関連分野の急速な発展を特徴としています。この科学分野は、生物学、細胞学、分子遺伝学、遺伝子工学、移植学といった分野における最新の成果に基づき、あらゆる生物の基本構造単位である植物細胞と動物細胞に内在する莫大な潜在能力を活用することを目指しています。「生細胞とは、最終産物の形成に至るプロセスだけでなく、システムの触媒活性を高いレベルで維持するのに役立つ様々なプロセスも実現する、既製のバイオテクノロジー反応器である」とジョン・ウッドワードは述べています（1992年）。細胞科学の始まりは1665年、イギリスの物理学者R・フックが最初の顕微鏡を発明し、コルクの中に細胞、すなわち「セルラ」（「細胞」）を発見した時に遡ります。1829年、M・シュライデンとT・シュワンは「細胞説」を実証し、すべての生物は細胞で構成されていることを証明しました。 1858年、R. ヴィルヒョウは、あらゆる疾患は細胞の構造的組織と代謝の異常に起因することを証明しました。彼は「細胞病理学」の創始者となりました。細胞科学への根本的な貢献は、1907年から1911年にかけてR. ハリソンとA.A. マクシモフによってなされました。彼らは体外で細胞を培養することが可能であることを実証しました。彼らの研究は、細胞培養のためには、動物組織や植物の部分を機械的に小さな断片に分離する必要があることを示しました。細胞を単離するために、組織は鋭利なナイフまたはミクロトームを用いて約0.5～1.0 mmの薄片に切断されます。細胞の物理的な分離は固定化と呼ばれます。単離された細胞は、植物または組織の断片を酵素で分散させることによって得られます。鋭利なハサミで粉砕した後、断片をトリプシンまたはコラーゲナーゼで処理して懸濁液、つまり特殊な培地中の個々の細胞またはその微小凝集体の懸濁液を得ます。アルギン酸ゲル（アルギン酸カルシウム）は、植物細胞の固定化に広く使用されています。固定化された植物細胞および動物細胞は生合成能力を保持していることが証明されています。細胞生合成産物は細胞内に蓄積され、その発現は自発的に、または細胞膜の透過性を高める特殊な物質の助けを借りて起こります。

動物細胞の培養は植物細胞の培養よりもはるかに複雑なプロセスであり、特別な最新設備、高度な技術、様々な培地、そして細胞の生存能力を維持し、高い機能活性状態を維持するために設計された成長因子の存在が必要です。腎臓、肝臓、皮膚組織などの固形組織の細胞のほとんどは表面依存性であることが判明しており、in vitro培養では基質表面に直接結合した薄いシートまたは単層の形態でのみ培養可能です。組織の酵素分散によって得られた細胞の寿命、増殖、および機能安定性は、培養に使用する基質に大きく依存します。脊椎動物組織から得られたすべての細胞は負の表面電荷を持つことが知られているため、正に帯電した基質は細胞の固定化に適しています。組織全体から直接得られた単離細胞は、高い特異性と感度を維持しながら、固定化された状態で一次培養において10～14日間維持することができます。固定化された表面依存性細胞は、今日の生物学、特に臨床研究において重要な役割を果たしています。細胞は、細胞の発達周期、増殖と分化の制御、正常細胞と腫瘍細胞の機能的・形態的差異の研究に用いられます。固定化細胞単層は、バイオテスト、生理活性物質の定量測定、そして様々な薬剤や毒素の細胞への影響研究に用いられます。あらゆる専門分野の医師は、数十年にわたり治療薬としての細胞に大きな関心を示してきました。現在、細胞技術はこの方向へ急速に発展しています。

組織・細胞療法の始まりは、著名なロシアの科学者V.P.フィラトフの名に由来します。彼は1913年、健康なドナーから白内障患者への角膜移植の結果を研究し、組織療法の理論の基礎を築きました。角膜移植の研究を進める中で、彼は-2～4℃の温度で1～3日間冷蔵保存された角膜が、新鮮な角膜よりもよく根付くことを発見しました。こうして、移植された組織の生命活動や移植された組織の再生過程を刺激する物質を、不利な条件下で細胞が分泌する性質が発見されました。体から切り離された組織や細胞は、ストレス状態、つまり生命活動の低下を招きます。血液循環が停止し、栄養が不足します。組織呼吸は極めて困難になり、神経支配と栄養状態が乱れます。新たな質的状態にある細胞は、新たな生存条件に適応し、薬効を持つ特殊な物質を生成します。これらの非タンパク質性の物質は、V.V.フィラトフによって生体刺激物質と呼ばれていました。彼はV.V.スコロジンスカヤと共同で、動物や植物の材料は、不利な条件下で保管した後、120℃で1時間オートクレーブ処理しても活性が失われないだけでなく、逆に活性が上昇することを確立しました。これは、保存された組織から生物学的刺激物質が放出されたことで説明されました。さらに、抗原特性も失われ、拒絶反応の可能性が大幅に減少しました。保存された滅菌材料は、皮下移植（植え付け）または抽出物の注射の形で体内に導入され、十分な結果が得られました。また、胎児組織には成人の組織よりもはるかに多くの生物学的活性物質が含まれており、一部の因子は胚にのみ存在することがわかりました。接種された胎児組織は、細胞膜中に種、組織、個体の特異性を担うタンパク質（主要組織適合性複合体タンパク質）が存在しないため、受容体の生体にとって異物として認識されません。その結果、動物胎児組織をヒトの生体に接種しても、免疫防御機構が活性化せず、不適合反応や拒絶反応も起こりません。VP・フィラトフは、ヒト胎盤と皮膚を医療現場で広く使用していました。治療コースは、組織抽出物の30～45回の注入と、オートクレーブ処理した組織の1～2回の移植で構成されていました。

ヒトや動物の組織や細胞から研究を始めた彼は、その一般論を植物界へと展開しました。植物の生体部分（アロエ、オオバコ、アガベ、ビートの葉、セントジョーンズワートなど）を用いた実験では、植物が生命活動に光を必要とすることから、切り取った葉を暗い場所に置くことで、それらにとって不利な条件を作り出しました。また、河口の泥や泥炭から生体刺激物質を単離しました。これは、泥や泥炭が微生物相や微小動物相の関与によって形成されるという事実に基づいています。

組織療法は1970年代後半に新たな発展を遂げました。数十年にわたる知識と経験の蓄積により、動物や植物の組織や細胞を質的に新しいレベルで使用して人間を治療し、活動寿命を延ばすことが可能になったのです。そのため、国内の一部のクリニックや海外の多くのクリニックでは、更年期症候群を伴う生理的閉経期の女性、あるいは卵巣摘出後の女性が、老化、動脈硬化、骨粗鬆症、免疫系、内分泌系、神経系の機能不全の進行を遅らせるために、胎盤、視床下部、肝臓、卵巣、胸腺、甲状腺の胎児組織を用いた組織療法を受けるようになりました。西ヨーロッパで最も権威のある老年美容クリニックの1つでは、数十年前から同じ目的で雄羊の生殖腺の胎児組織から採取した抽出物の注射が使用されてきました。

我が国では、バイオ刺激療法も広く応用されています。最近まで、様々な疾患の患者に対し、胎盤エキス、アロエ、カランコエ、セダム・マジョール（バイオセド）、FiBS、ペロイド蒸留物、ペロイジン、ピート、フミソールといった、V・P・フィラトフ法で調製された注射剤が積極的に処方されていました。現在では、これらの動物、植物、鉱物由来の非常に効果的で安価な国産組織製剤を薬局で購入することはほぼ不可能です。

輸入されたルマロン（軟骨組織および骨髄由来）、アクトベジン（子牛の血液由来）、ソルコセリル（牛の血液抽出物）、そして国産の硝子体（牛の眼の硝子体由来）、ケラコール（牛の角膜由来）、スプレニン（牛の脾臓由来）、エピタラミン（視床上骨端線由来）といった、ヒト組織および臓器から様々な生体由来製剤を得るための基礎も、VPフィラトフの研究によるものです。すべての組織製剤に共通する特性は、全身への総合的な効果です。このように、アカデミー会員VPフィラトフの「組織療法」は、細胞とその生合成産物に関連する外科、免疫学、産婦人科、老年学、燃焼学、皮膚科学、美容学における現代のほとんどの発展と方向性の基礎となりました。

組織移植の問題は古代から人類の関心事でした。紀元前8000年のエーベルス・パピルスには、身体の個々の部位の欠損を補うために組織移植が用いられたことが既に記されています。紀元前1000年に生きたインドの科学者スシュルタの『生命の書』には、頬と額の皮膚から鼻を再生する詳細な記述があります。

形成外科手術や再建外科手術の件数の増加に伴い、ドナー皮膚の需要も増加しました。このため、死体や胎児の皮膚が使用されるようになりました。ドナー資源を保全し、ヒト皮膚を動物組織で置き換える方法や、さまざまな皮膚モデリングのオプションを見つける必要がありました。1941年にP. Medovarがケラチノサイトを体外で増殖させる基本的な可能性を初めて実証したとき、科学者たちはまさにこの方向で研究を進めました。細胞技術開発における次の重要な段階は、Karasek M.とCharlton M.の研究でした。彼らは1971年に、培養中の細胞増殖を改善したコラーゲンゲルをCC培養の基質として使用し、初代培養からの自己ケラチノサイトをウサギの創傷に移植することに初めて成功しました。J. Rheinvvald. H Green.は、大量のヒトケラチノサイトを連続培養する技術を開発しました。 1979年、グリーン氏と共著者らは、広範囲の火傷の皮膚の修復にケラチノサイト細胞培養を治療に利用できる可能性を発見しました。その後、この技術は継続的に改良され、海外および国内の火傷治療センターの外科医によって使用されるようになりました。

生細胞の研究過程で、細胞は非タンパク質由来の生体刺激因子だけでなく、生物全体の恒常性調節において重要な役割を果たす多くのサイトカイン、メディエーター、成長因子、ポリペプチドも産生することが明らかになりました。様々な細胞や組織には、幅広い生物学的作用を持ち、多細胞システムの発達と機能のプロセスを調整するペプチド生体調節因子が含まれていることも発見されました。細胞培養を治療薬として用いる時代が到来しました。我が国では、ここ数十年、線維芽細胞懸濁液と多層角化細胞層の移植が燃焼学に取り入れられています。熱傷患者への皮膚細胞移植への関心が高まっているのは、広範囲の熱傷面積を迅速に閉鎖する必要性、そしてドナー皮膚の不足が理由です。ドナー皮膚の面積の1,000倍、あるいは10,000倍もの創傷面積を覆うことができる小さな皮膚片から細胞を分離できる可能性は、燃焼学と熱傷患者にとって非常に魅力的かつ重要であることが証明されています。ケラチノサイト層の生着率は、火傷の部位、年齢、患者の健康状態に応じて71.5%から93.6%まで異なります。ケラチノサイトおよび線維芽細胞移植への関心は、皮膚欠損を迅速に治癒できる可能性だけでなく、移植によって得られた組織の外観を改善する強力な生物学的活性を有するという事実にも関連しています。新生血管の形成、低酸素症の緩和、栄養状態の改善、未熟組織の成熟促進など、これらは移植細胞から放出される成長因子およびサイトカインによって生じるこれらの好ましい変化の形態機能的基盤です。このように、自己および同種ケラチノサイトと線維芽細胞の多細胞層を広い創傷面に移植する革新的な細胞技術が医療現場に導入されたことにより、燃焼学者は、皮膚病変の割合が高い火傷患者の死亡率を低減するだけでなく、IIb度およびIIIa度およびb度の火傷部位に必然的に生じる瘢痕組織の質的改善にも成功しました。火傷患者の創傷面治療において得られた燃焼学者の経験から、既に改良されたグリーン法を皮膚外科診療において、様々な皮膚疾患および美容疾患（栄養性潰瘍、白斑、母斑、水疱性表皮剥離、刺青除去、加齢に伴う皮膚変化、瘢痕の外観改善）に適用するというアイデアが生まれました。

外科、皮膚科学、皮膚美容学における同種角化細胞の使用は、細胞材料を無制限に事前に調製し、必要に応じて保存・使用できるため、自家角化細胞の使用に比べて多くの利点があります。また、同種角化細胞は、in vitro培養時にHLA複合体抗原のキャリアであるランゲルハンス細胞を失うため、抗原活性が低下することが知られています。同種角化細胞の使用は、移植後10日から3ヶ月以内に自家角化細胞に置き換わるという複数の研究者の見解によって裏付けられています。この点で、今日では多くの国で細胞バンクが設立されており、必要な量を適切な時期に細胞移植することが可能になっています。このようなバンクはドイツ、米国、日本に存在します。

皮膚美容における細胞技術の利用への関心は、「細胞組成物」が強力な生体エネルギーおよび情報ポテンシャルを有し、それによって質的に新しい治療効果が得られるという事実に起因しています。移植細胞から分泌されるオートカイン（成長因子、サイトカイン、一酸化窒素など）は、主に体内の線維芽細胞に作用し、その合成および増殖活性を高めます。線維芽細胞は真皮の重要な細胞であり、その機能的活性が皮膚の全層の状態を決定するため、この事実は研究者にとって特に魅力的です。また、焼灼術、レーザー、針、その他の器具による皮膚損傷後、骨髄、脂肪組織、毛細血管周皮細胞から線維芽細胞の新鮮な幹細胞前駆細胞が皮膚に補充され、これが体細胞プールの「若返り」に寄与することが知られています。コラーゲン、エラスチン、酵素、グリコサミノグリカン、成長因子、その他の生物学的に活性な分子の合成を活発に開始し、真皮の水分補給と血管新生を促進し、真皮の強度を向上させます。