ワイル・コーネル医学の研究者らが主導した研究は、脊椎が腫瘍の転移に有利なタンパク質を分泌する独特の幹細胞タイプに由来していることを示している。この画期的な進歩は、脊椎疾患における新たな研究の方向性への道を切り開き、固形腫瘍が脊椎に転移することが多い理由についての洞察を提供し、新たな整形外科治療やがん治療につながる可能性があります。
9月13日にNature誌に掲載されたこの研究では、研究者らは脊椎骨が他の骨を作る幹細胞とは異なるタイプの幹細胞に由来していることを発見した。彼らは、脊髄幹細胞から作られた骨のような「生物」を用いて、脚の骨などの長骨ではなく脊椎に腫瘍が広がる既知の傾向が、主にこれらの幹細胞から分泌されるMFGE8と呼ばれるタンパク質によるものであることを発見した。
「脊椎に優先的に関与する多くの整形外科疾患は、脊椎幹細胞の独特の特性によるものではないかと考えられます」と、研究主著者のマシュー・グリーンブラット医学博士（ワイル・コーネル・メディカル・センターの病理学および検査医学准教授、サンドラ・エドワード・マイヤーがんセンターの会員、ニューヨーク長老派/ワイル・コーネル・メディカル・センターの病理学者）は述べた。
近年、グリーンブラット博士と他の科学者は、さまざまな種類の骨がさまざまな種類の骨幹細胞から生じていることを発見しました。脊椎骨は、腕や脚の骨などの他の骨とは異なる経路に沿って人生の早い段階で発達し、独特の進化の軌跡をたどるようであるため、グリーンブラット博士と彼のチームは、独特のタイプの脊髄幹細胞が存在する可能性があると仮説を立てました。
研究者らはまず、骨格幹細胞の既知の表面タンパク質マーカーに基づいて、実験用マウスのさまざまな骨から、すべての骨と軟骨を生成するよく知られた骨格幹細胞を単離した。次に、これらの細胞の遺伝子活性を分析して、脊椎に関連する細胞の固有のパターンを見つけることができるかどうかを確認しました。
脊椎を形成する新しい幹細胞がモデル生物に移植され、小型の椎骨 (赤) が形成されます。乳がん腫瘍細胞 (緑色) が骨に侵入しており、この新しい脊髄幹細胞が乳がん細胞の補充に関与していることが示唆されています。出典：サンジュン
この研究により 2 つの重要な発見が得られました。 1 つ目は、表面マーカーに基づく骨格幹細胞の全体的な新しい定義がより正確になったことです。この新しい定義は、古い幹細胞の定義に含まれる非幹細胞のグループを除外しており、この分野における以前の研究の一部を曖昧にしています。
2 番目の発見は、異なる骨からの骨格幹細胞には遺伝子活性に系統的な違いがあるということです。この分析を通じて、チームは脊髄幹細胞のユニークなマーカーセットを同定し、マウスおよび実験用ディッシュ細胞培養システムでのさらなる実験で脊椎骨の形成におけるこれらの細胞の機能的役割を確認した。
研究者らは次に、乳がん、前立腺がん、肺がんなどの腫瘍転移に対する他の種類の骨と比較した脊椎の相対的な魅力を調べた。 1940年代の従来の理論では、この「脊椎向性」は血流パターンに関連しており、脊椎は長骨よりも転移性腫瘍の影響を受けやすいことが示唆されていました。しかし、研究者らが動物モデルで脊椎向性現象を再現したところ、血流が原因ではないという証拠が見つかり、実際、原因の可能性として脊髄幹細胞を示す手がかりが見つかった。
「転移性腫瘍細胞の最初の播種部位は主に、脊髄幹細胞とその子孫細胞が存在する骨髄領域にあることが観察されました」と、この研究の筆頭著者でグリーンブラット研究室の博士研究員であるジュン・サン博士は述べた。
その後、研究チームは、脊髄幹細胞を除去すると、脊椎骨と長骨の間の転移率の差がなくなることを発見した。最終的に、彼らは、脊髄幹細胞が長骨幹細胞よりも多くのタンパク質MFGE8を分泌し、それが脊椎指向性の主要な要因であることを突き止めた。これらの発見とヒトとの関連性を確認するために、チームは特殊外科病院の研究者と協力して、マウス脊髄幹細胞のヒト対応物を同定し、その特性を特徴付けた。
研究者らは現在、がん患者の脊椎転移のリスクを軽減するためにMFGE8をブロックする方法を模索している。グリーンブラット博士は、より広範には、脊髄幹細胞の独特の特性が脊椎疾患にどのように寄与するかを研究していると述べた。
「整形外科の中には脊椎整形外科と呼ばれる下位専門分野があり、その臨床カテゴリーのほとんどの症状は、我々が特定したばかりのこの幹細胞に関連していると我々は考えています」とグリーンブラット博士は語った。