科学者らが人工血液製造の鍵となるシグナルを発見

科学者たちは人工血液の作成に一歩近づきました。重要なシグナルであるCXCL12の発見により、赤血球の生産がより効率的になる可能性があります。

科学者たちは数十年にわたり、人工的に血液を生成する研究を続けてきました。そして今、コンスタンツ大学とロンドン大学クイーン・メアリー校の研究者たちが新たな発見をし、大きな前進を遂げました。

ドイツでは、毎日約15,000単位の血液が必要とされており、そのほとんどはドナーからの供給によるものです。人工的な大量生産を含む代替的な血液供給方法の研究は長年行われてきましたが、普及には程遠いのが現状です。主な問題は、体内でこの重要な液体が自然に生成されるメカニズムが極めて複雑で、十分に解明されていないことにあります。

赤血球形成の重要なシグナルの特定

コンスタンツ大学トゥールガウ細胞生物学・免疫学研究所の生物学者、ユリア・グートヤール博士は、造血のメカニズムを研究しています。ロンドン大学クイーン・メアリー校の同僚らと共同で、赤血球前駆細胞から核を排出するプロセスを引き起こす分子シグナル、ケモカインCXCL12を特定しました。これは赤血球の発達における重要なステップです。

「赤芽球から赤血球への変化の最終段階は、核の排出です。このプロセスは哺乳類に特有で、酸素の輸送に関与するヘモグロビンのためのスペースを確保します」とグートヤール氏は説明します。

幹細胞が赤血球に成熟する過程はほぼ最適化されているが、どの因子が核の排出を引き起こすのかはこれまで不明であった。

「私たちは、主に骨髄中に存在するケモカインCXCL12が、他の多くの因子と相まってこのプロセスを開始できることを発見しました。CXCL12を適切なタイミングで赤芽球に添加することで、人工的に核排出を誘発することができました」とグートヤール氏は語る。

これは人工血液生産にとって何を意味するのでしょうか?

この発見は、将来的に人工血液製造の効率を大幅に向上させる可能性のある科学的なブレークスルーでした。しかしながら、さらなる研究が必要です。

2023年以来、グートヤールはトゥールガウ細胞生物学・免疫学研究所で自身の研究グループを率いており、CXCL12の役割の研究を続けています。

「私たちは現在、CXCL12を使用してヒト赤血球の人工生産を最適化する方法を研究しています」とグートヤール氏は説明する。

本研究の結果は、産業用赤血球生産への実用化に加え、細胞メカニズムに関する新たな知見も提供する。CXCL12刺激を受けて遊走する他の細胞とは異なり、赤芽球ではこのシグナルが細胞内、さらには核にまで伝達される。そこで、CXCL12は細胞の成熟を促進し、核からの排出を促進する。

「我々の研究は、ケモカイン受容体が細胞表面だけでなく細胞内部でも作用することを初めて示しており、細胞生物学に全く新しい展望を開くものだ」とクイーン・メアリー大学のアンタル・ロス教授は述べた。

幅広い用途に向けた生産の最適化

現在、幹細胞は人工血液を生産する最も効率的な方法であり、約80%の細胞で核の排出が起こります。しかし、幹細胞の供給源は限られており（臍帯血、ドナー骨髄）、大量生産は不可能です。

科学者たちは最近、様々な種類の細胞を幹細胞へと再プログラム化し、それらを用いて赤血球を生成することに成功しました。この方法はほぼ無限の細胞源を提供しますが、時間がかかり、効率も低いです。核を排出できる細胞はわずか40%です。

「CXCL12の重要な役割に関する私たちの新たな発見は、CXCL12の使用により、再プログラムされた細胞からの赤血球生成の効率が大幅に改善されるという希望を与えてくれます」とグーティア氏は指摘する。

大量生産が可能になれば、希少血液型のターゲット生産、献血不足の解消、さまざまな病気の専門的な治療のために患者自身の血液を再現する可能性など、幅広い用途が生まれるだろう。

この研究は、サイエンス・シグナリング誌に掲載されています。