间充质干细胞的体内（in vivo）骨形成
这样，可以使用骨髓源间充质干细胞在培养皿上激发骨形成。但是，如果可以用细胞在培养皿上构筑骨的话，那么单纯将细胞移植到生物体内骨就不能形成了吗?关于这一点，俄国的Friedenstein等人有先驱成就。他们将骨髓本身或从骨髓生长的间充质干细胞移植到肾膜中，或将细胞限制在称为扩散室的封闭空间中，已经证明该扩散室不允许细胞通过但允许诸如蛋白质之类的分子通过，通过移植（皮下）发生了骨髓形成，并且据报道通过将细胞自身移植到体内从而激发了骨形成。
但是，这些肾皮膜内移植和使用膛室的移植方法，不能应用于普通的骨病。因此，我们考虑了适合临床应用的实验模型。当初，将细胞本身移植到生物体，试图观察骨形成情况，但遗憾的是，移植的细胞只停留在移植部位，并没有形成成骨。因此，我们认识到需要一种能够保存细胞的载体，并将所使用的载体定为可用于临床的陶瓷。所使用的陶瓷是直径约200um、有无数孔的多孔羟基磷灰石陶瓷。通过使用该陶瓷，骨髓细胞本身也在陶瓷的气孔内激发骨形成(图3A) 13。但是骨髓在体内增加间叶系细胞需要时间，所以明显的骨形成需要4周时间。为了缩短这一期间，通过事先在生物体外从骨髓中培养和增殖间充质干细胞，并将培养的间充质干细胞播散到陶瓷中并移植到生物体内，确认了较早的骨形成
如上所述，可以通过将细胞与能够保留细胞的载体结合而在体内激发骨形成，但是这需要时间。在这方面，如上所述，我们确立了在生物体外预先构建骨组织(培养骨制作)的技术。可以考虑利用该培养骨在生物体内进行骨再生。但是，生物体外构筑的组织，移植后能否在活体内维持其组织/细胞活性，仍是一个疑问。为了回答这个问题，我们首先通过陶瓷培养引起生物体外骨骼形成。然后，通过将激发骨形成的陶瓷(培养骨)移植到小白鼠的皮下，成功诱导出更多的新生骨组织。即，移植的培养骨进一步将混合在陶瓷孔中的间充质干细胞诱导为成骨细胞，或诱导源自受体的未分化细胞分化为成骨细胞，并使用这些成骨细胞，成功激发了新的骨形成。即使在移植后一周，也可以检测到这种新的骨组织，很明显，培养的骨具有新的再生骨的能力（图3C）。
骨再生医疗
如上所述，我们已经建立了使用细胞（间充质干细胞）激发体内骨形成的各种技术。重要的一点是，虽然可以通过细胞本身的移植治疗进行骨再生，但是已经确立了可以通过各种细胞载体在体外培养骨的技术。使用这种培养的骨，对关节被破坏的关节病、刮除骨肿瘤后的骨缺损和骨坏死进行骨再生治疗。有关这些的更多详细信息，请参见我们的报告。含有磷酸钙作为主要成分的陶瓷用于治疗骨肿瘤和骨坏死，而氧化铝陶瓷则用于治疗关节病。
磷酸钙是非常有用的对骨具有高亲和力的细胞载体。但是，它的机械强度很弱，不能用作人造关节。因此，人造氧化铝使用诸如氧化铝之类的硬质陶瓷。这种陶瓷的缺点是它对骨的亲和力低。在这方面，我们建立了一种生产培养骨的技术。该技术也可以应用于氧化铝陶瓷（图2右端）。实际上，在氧化铝陶瓷上构筑培养骨可增强其与骨的亲和力。例如，在将氧化铝陶瓷移植到兔子胫骨的骨缺损中的实验中，表明形成了培养骨的陶瓷仅在3周内就和骨缺损中的现有骨牢固地粘附在一起。即，我们开发的培养骨制备技术有助于生物材料表面的重建，并且还可以增强与生物体的亲和力。基于这些经验，自2001年以来，我们与奈良医科大学骨科一起一直在对重度踝关节病患者进行人工关节与人工骨的再生治疗。
骨再生医疗的问题及今后的发展
应用骨再生技术的疾病有骨关节炎、良性骨肿瘤、骨坏死等，用于制备再生培养骨的细胞是患者自身的骨髓间充质干细胞。也就是说，它是使用自身细胞的自体移植。使用自体细胞的优点是没有因移植引起的排斥反应，并且可以避免在异体细胞移植（同种移植）过程中可能发生的传染病问题。但是，根据我们的许多临床病例，间充质干细胞的增殖能力是有限的，而且分化能力也因人而异。此外，根据最近的报道，间充质干细胞具有免疫抑制作用，可以进行同种间充质干细胞移植。即，可以考虑使用保存的他人细胞的同种移植疗法。然而，在我们的研究中，供体间充质干细胞甚至在使用较小错配的间充质干细胞进行同种移植时也被排斥。如上所述，原则上，自体细胞用于骨再生，并且似乎同种（异体）细胞的使用仅限于特殊情况。
作为这种情况的特例，在由于患者本人的遗传异常而导致的骨疾病中，不能使用患者的细胞，并且可能可以实施同种移植。例如，一种罕见的疾病，即低磷血症（hypophosphatasia），是一种由于ALP基因异常而导致骨发育不全的疾病。可以增殖该患者的间充质干细胞，但是增殖的细胞具有非常低的骨分化能力，并且不能使用患者自身的细胞。因此，我们使用父亲（同种）间充质干细胞和培养骨进行致命性的重度低磷血症的再生治疗。尽管由于与杂志的关系而省略了细节，但骨髓移植与适当的免疫抑制剂的组合使用已显示出一定的效果，并延长了患者的寿命。但是，血清ALP水平仍然很低，并未根治。基于这些观点，我们目前正在开发将正常基因导入患者自身细胞的再生治疗技术。
例如，我们通过将正常的ALP基因与次磷酸酶21导入间充质干细胞中，成功地完成了正常的骨形成。考虑到间充质干细胞具有多能性，这一结果很重要。换句话说，我们相信它不仅可以适用于低磷血症的病例，而且还可以适用于由其他遗传异常引起的各种疾病。
尽管间充质干细胞是有用的细胞，但与ES细胞和iPS细胞相比，它们的增殖和多分化能力有限。在这方面，我们还发现间充质干细胞是iPS细胞生产的有用细胞来源。但是，就现阶段我们所知，iPS细胞的骨分化能力还没有得到与间充质干细胞相比优越的数据。另外，iPS细胞中存在着间充质干细胞中看不到的肿瘤化问题。综上所述，现阶段使用间充质干细胞以及来自间充质干细胞的培养骨进行骨再生治疗是现实的，而使用iPS细胞以及ES细胞存在很大的障碍。
谢 辞
在奈良医科大学骨外科进行了使用培养的间充质干细胞的骨再生治疗。在此向整形外科高仓义典名誉教授、田中康仁教授表示感谢。此外，使用同种间充质干细胞治疗低磷血症是与岛根大学的一项联合研究，我们对儿科的山口清次教授和输血科的竹武健教授表示衷心感谢。患者间充质细胞的培养是在国家先进工业科学技术研究院健康工程研究部的组织与再生工程研究小组的合作下进行的。
日本干细胞中心 官方网站 ：http://www.mycell.net.cn
这样，可以使用骨髓源间充质干细胞在培养皿上激发骨形成。但是，如果可以用细胞在培养皿上构筑骨的话，那么单纯将细胞移植到生物体内骨就不能形成了吗?关于这一点，俄国的Friedenstein等人有先驱成就。他们将骨髓本身或从骨髓生长的间充质干细胞移植到肾膜中，或将细胞限制在称为扩散室的封闭空间中，已经证明该扩散室不允许细胞通过但允许诸如蛋白质之类的分子通过，通过移植（皮下）发生了骨髓形成，并且据报道通过将细胞自身移植到体内从而激发了骨形成。
但是，这些肾皮膜内移植和使用膛室的移植方法，不能应用于普通的骨病。因此，我们考虑了适合临床应用的实验模型。当初，将细胞本身移植到生物体，试图观察骨形成情况，但遗憾的是，移植的细胞只停留在移植部位，并没有形成成骨。因此，我们认识到需要一种能够保存细胞的载体，并将所使用的载体定为可用于临床的陶瓷。所使用的陶瓷是直径约200um、有无数孔的多孔羟基磷灰石陶瓷。通过使用该陶瓷，骨髓细胞本身也在陶瓷的气孔内激发骨形成(图3A) 13。但是骨髓在体内增加间叶系细胞需要时间，所以明显的骨形成需要4周时间。为了缩短这一期间，通过事先在生物体外从骨髓中培养和增殖间充质干细胞，并将培养的间充质干细胞播散到陶瓷中并移植到生物体内，确认了较早的骨形成
如上所述，可以通过将细胞与能够保留细胞的载体结合而在体内激发骨形成，但是这需要时间。在这方面，如上所述，我们确立了在生物体外预先构建骨组织(培养骨制作)的技术。可以考虑利用该培养骨在生物体内进行骨再生。但是，生物体外构筑的组织，移植后能否在活体内维持其组织/细胞活性，仍是一个疑问。为了回答这个问题，我们首先通过陶瓷培养引起生物体外骨骼形成。然后，通过将激发骨形成的陶瓷(培养骨)移植到小白鼠的皮下，成功诱导出更多的新生骨组织。即，移植的培养骨进一步将混合在陶瓷孔中的间充质干细胞诱导为成骨细胞，或诱导源自受体的未分化细胞分化为成骨细胞，并使用这些成骨细胞，成功激发了新的骨形成。即使在移植后一周，也可以检测到这种新的骨组织，很明显，培养的骨具有新的再生骨的能力（图3C）。
骨再生医疗
如上所述，我们已经建立了使用细胞（间充质干细胞）激发体内骨形成的各种技术。重要的一点是，虽然可以通过细胞本身的移植治疗进行骨再生，但是已经确立了可以通过各种细胞载体在体外培养骨的技术。使用这种培养的骨，对关节被破坏的关节病、刮除骨肿瘤后的骨缺损和骨坏死进行骨再生治疗。有关这些的更多详细信息，请参见我们的报告。含有磷酸钙作为主要成分的陶瓷用于治疗骨肿瘤和骨坏死，而氧化铝陶瓷则用于治疗关节病。
磷酸钙是非常有用的对骨具有高亲和力的细胞载体。但是，它的机械强度很弱，不能用作人造关节。因此，人造氧化铝使用诸如氧化铝之类的硬质陶瓷。这种陶瓷的缺点是它对骨的亲和力低。在这方面，我们建立了一种生产培养骨的技术。该技术也可以应用于氧化铝陶瓷（图2右端）。实际上，在氧化铝陶瓷上构筑培养骨可增强其与骨的亲和力。例如，在将氧化铝陶瓷移植到兔子胫骨的骨缺损中的实验中，表明形成了培养骨的陶瓷仅在3周内就和骨缺损中的现有骨牢固地粘附在一起。即，我们开发的培养骨制备技术有助于生物材料表面的重建，并且还可以增强与生物体的亲和力。基于这些经验，自2001年以来，我们与奈良医科大学骨科一起一直在对重度踝关节病患者进行人工关节与人工骨的再生治疗。
骨再生医疗的问题及今后的发展
应用骨再生技术的疾病有骨关节炎、良性骨肿瘤、骨坏死等，用于制备再生培养骨的细胞是患者自身的骨髓间充质干细胞。也就是说，它是使用自身细胞的自体移植。使用自体细胞的优点是没有因移植引起的排斥反应，并且可以避免在异体细胞移植（同种移植）过程中可能发生的传染病问题。但是，根据我们的许多临床病例，间充质干细胞的增殖能力是有限的，而且分化能力也因人而异。此外，根据最近的报道，间充质干细胞具有免疫抑制作用，可以进行同种间充质干细胞移植。即，可以考虑使用保存的他人细胞的同种移植疗法。然而，在我们的研究中，供体间充质干细胞甚至在使用较小错配的间充质干细胞进行同种移植时也被排斥。如上所述，原则上，自体细胞用于骨再生，并且似乎同种（异体）细胞的使用仅限于特殊情况。
作为这种情况的特例，在由于患者本人的遗传异常而导致的骨疾病中，不能使用患者的细胞，并且可能可以实施同种移植。例如，一种罕见的疾病，即低磷血症（hypophosphatasia），是一种由于ALP基因异常而导致骨发育不全的疾病。可以增殖该患者的间充质干细胞，但是增殖的细胞具有非常低的骨分化能力，并且不能使用患者自身的细胞。因此，我们使用父亲（同种）间充质干细胞和培养骨进行致命性的重度低磷血症的再生治疗。尽管由于与杂志的关系而省略了细节，但骨髓移植与适当的免疫抑制剂的组合使用已显示出一定的效果，并延长了患者的寿命。但是，血清ALP水平仍然很低，并未根治。基于这些观点，我们目前正在开发将正常基因导入患者自身细胞的再生治疗技术。
例如，我们通过将正常的ALP基因与次磷酸酶21导入间充质干细胞中，成功地完成了正常的骨形成。考虑到间充质干细胞具有多能性，这一结果很重要。换句话说，我们相信它不仅可以适用于低磷血症的病例，而且还可以适用于由其他遗传异常引起的各种疾病。
尽管间充质干细胞是有用的细胞，但与ES细胞和iPS细胞相比，它们的增殖和多分化能力有限。在这方面，我们还发现间充质干细胞是iPS细胞生产的有用细胞来源。但是，就现阶段我们所知，iPS细胞的骨分化能力还没有得到与间充质干细胞相比优越的数据。另外，iPS细胞中存在着间充质干细胞中看不到的肿瘤化问题。综上所述，现阶段使用间充质干细胞以及来自间充质干细胞的培养骨进行骨再生治疗是现实的，而使用iPS细胞以及ES细胞存在很大的障碍。
谢 辞
在奈良医科大学骨外科进行了使用培养的间充质干细胞的骨再生治疗。在此向整形外科高仓义典名誉教授、田中康仁教授表示感谢。此外，使用同种间充质干细胞治疗低磷血症是与岛根大学的一项联合研究，我们对儿科的山口清次教授和输血科的竹武健教授表示衷心感谢。患者间充质细胞的培养是在国家先进工业科学技术研究院健康工程研究部的组织与再生工程研究小组的合作下进行的。
日本干细胞中心 官方网站 ：http://www.mycell.net.cn
