再生医療分野における理学療法の役割
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はじめに
近年，様々な疾患に対する新規の治療方法として，再生医療
が注目されている。再生医療とは，機能低下や機能不全に陥っ
た組織 ･ 臓器に対して，幹細胞の特性を有効に活用し，組織 ･
臓器の機能を再生させる医療のことで，細胞治療ともいわれ
る。再生医療の対象疾患は，理学療法と深く関わる脳血管障害，
脊髄損傷などの中枢神経疾患や骨関節疾患をはじめとして多岐
にわたる。なかでも再生能が非常に低いとされている中枢神経
系の損傷は，神経学的機能の永続的な欠損を招き治療が困難と
されてきたが，我が国においても再生医療の研究や臨床治験が
はじまり，運動麻痺や感覚障害，失語症等の機能障害を改善ま
たは根治できる可能性が示されている。本稿では，中枢神経系
を中心に，再生医療の概要や現在までに報告されている基礎研
究および臨床研究の成果を概説し，我々の研究成果を示しなが
ら再生医療分野における理学療法の役割について示したい。
再生医療と幹細胞
再生医療を実現するうえで，幹細胞の特性について理解する
必要がある。再生医療に使われる幹細胞とは，自己複製能と多
分化能をもつ細胞で，由来や能力などから一般に体性幹細胞，
胚性幹細胞（Embryonic stem cells：以下，ES 細胞），そして
人工多能性幹細胞（induced pluripotent stem cells：以下，iPS
細胞）に分類される。体性幹細胞とは，成体の組織中に存在す
る幹細胞のことで，間葉系幹細胞や神経幹細胞，造血幹細胞，
脂肪幹細胞が広く知られている。倫理的問題や腫瘍化の危険性
が少ないことから，もっとも再生医療への応用が進んでいるの
は体性幹細胞である。
間葉系幹細胞（Mesenchymal stem cells：以下，MSC）と
は，自家骨髄から容易に採取可能な細胞であり，骨細胞，軟骨
細胞，脂肪細胞，筋細胞などの中胚葉由来の細胞に分化する
1）2）だけでなく，ニューロンやアストロサイトといった外胚葉由来
の細胞へも分化誘導が可能であることが報告されている
3‒7）。
MSC 移植の効果は，脳虚血等の脳損傷モデル動物を対象に
数 多 く 報 告 さ れ て い る
8‒15）。 ま た，Bang et al. や Honmou
et al. は脳卒中患者を対象にした臨床治験を行っており，細胞
移植によって機能回復が生じることを報告している
16）17）。
神経幹細胞とは，自己複製能に加えてニューロン，アストロ
サイト，オリゴデンドロサイトの神経 3 系統に分化できる能力
をもちあわせた細胞であり，すべての神経のもとになる細胞で
ある。従来，神経幹細胞は発生過程の胎児脳に多く存在し，成
熟脳は損傷後，再生しないと考えられてきた。しかし，神経
幹細胞の存在は胎児脳だけでなく，成熟脳においても発見さ
れ
18），回復の可能性が示されている。再生医療における神経
幹細胞の応用では，胎児脳から取り出した神経幹細胞を用いる
のは，倫理的問題をはじめとして克服すべき課題が多い。その
ため，ES 細胞や iPS 細胞等の万能細胞から神経幹細胞へと分
化誘導を行うのが一般的である。
ES 細胞とは，着床前の胚盤胞の内部細胞塊から得た細胞で
あり，動物だけでなくヒトからの樹立も確立している
19‒22）。
実際に，ES 細胞は，in vitro にて造血幹細胞，心筋細胞，イ
ンスリン産生細胞，骨細胞，肝細胞，ケラチン産生細胞，グリ
ア細胞，神経細胞等，臨床に関係する細胞に分化が可能である
ことが報告されている
23）24）。ES 細胞から分化誘導を行った神
経幹細胞を脳虚血モデルに移植することで，運動機能が改善す
ることが報告されている
25）26）。ES 細胞は，三胚葉の様々な
細胞に分化する多分化能を維持したまま無限に増殖させること
ができることから，再生医療に用いる細胞ソースの候補である
が
27‒29），実用化には倫理的問題等，解決すべき課題も多い。
iPS 細胞の発見による再生医療実用化への期待
iPS 細胞とは，成熟細胞に対し遺伝子操作を行うことで初
期化され，万能性を有した細胞であり，2006 年に Yamanaka
et al. によってマウス線維芽細胞からの樹立が報告された
30）。
さらに，2007 年にはヒト線維芽細胞からの樹立が，Yamanaka
理学療法学 第 41 巻第 8 号 555 ∼ 558 頁（2014 年）
再生医療分野における理学療法の役割
＊
猪 村 剛 史
1）2）
松 本 昌 也
3）
深 澤 賢 宏
4）
武 田 正 明
5）
河 原 裕 美
4）
弓 削 類
1）4）
基礎理学療法研究部会
＊Regenerative Medicine and Physical Therapy
1） 広島大学大学院医歯薬保健学研究院生体環境適応科学研究室 （〒 734‒8551 広島県広島市南区霞 1‒2‒3）
Takeshi Imura, PT, PhD, Louis Yuge, PT, PhD: Division of Bio-Environmental Adaptation Sciences, Graduate School of Biomedical and Health Sciences, Hiroshima University
2） 医療法人光臨会 荒木脳神経外科病院リハビリテーション部 Takeshi Imura, PT, PhD: Department of Rehabilitation, Araki
Neurosurgical Hospital 3） （株）ツーセル
Masaya Matsumoto, PT, PhD: Two cells Co., Ltd. 4） （株）スペースバイオラボラトリーズ
Takahiro Fukazawa, PT, PhD, Yumi Kawahara, PhD, Louis Yuge, PT, PhD: Space Bio-Laboratories Co., Ltd.
5） 広島大学脳神経外科学教室
Masaaki Takeda, MD, PhD: Department of Neurosurgery, Graduate School of Biomedical and Health Sciences, Hiroshima University
キーワード：再生医療，理学療法，脳損傷
Japanese Physical Therapy Association
理学療法学 第 41 巻第 8 号
556
et al. と Thomason et al. によって同時に発表され
31）32），現在
では再生医療に用いる細胞ソースの有力候補とされる。ES 細
胞同様に，高い増殖能および多分化能を有する特性に加え，ES
細胞で考慮すべき倫理的課題をクリアできることからも注目さ
れている。iPS 細胞の発見以来，iPS 細胞を用いた研究は飛躍
的に進んでおり，脊髄損傷や脳出血モデル動物に対する iPS 細
胞由来神経幹細胞移植に関する効果が報告されている
33）34）。
さらに，iPS 細胞を用いた再生医療として，加齢黄斑変性症患
者を対象に，患者自身の iPS 細胞より作製した網膜色素上皮
シートの移植効果を検討する臨床治験が開始されている。ま
た，パーキンソン病患者に対する再生医療の応用を目指し，霊
長類パーキンソン病モデルを対象とした前臨床試験が行われて
おり，臨床治験や臨床応用の早期実現が期待される。再生医療
分野に限らず，iPS 細胞発見の功績が社会に与える影響は大き
く，創薬分野や難病の病態解明，治療技術開発にも広がって
いる。
再生医療実用における諸外国の現状と我が国の取り組み
京都大学山中伸弥教授による iPS 細胞発見に代表されるよう
に，我が国は再生医療研究では世界のトップを競っている。し
かし，再生医療の実用化という面では世界から大きく遅れを
とっている。米国および欧州での再生医療の実用化は皮膚，軟
骨分野でそれぞれ 9 件，20 件であるのに対し，我が国では 2
件にとどまっている
35）。神経，心臓，血管，脾臓分野の臨床
治験数においても，米国 34 件，欧州 10 件であるのに対し，我
が国では 1 件であり
35），その差は歴然である。すでに世界各
国で再生医療の実用化が進んでいる中で，我が国においても再
生医療を次世代の成長産業として位置づけ，再生医療実用化に
向けた動きがみられはじめている。その時流の中，2013 年 4
月には国会にて再生医療推進法，同年 11 月には再生医療新法，
改正薬事法が可決され，その実用化に向け環境整備が急速に行
われている。
再生医療分野における理学療法の役割
再生医療の到来は，臨床現場を大きく変えることが予測され
る。脳虚血や脳挫傷などの疾患モデル動物に対して細胞移植を
行った先行研究では，細胞移植により運動機能の回復が促進さ
れることが報告され
8‒15）25）26）34）36）37），脳損傷に対する細胞治
療の効果が示唆されている。しかし，細胞移植を受けた疾患モ
デルであっても，その回復が十分でないケースもある。さらに
新生ニューロンが正しいネットワークを築くことができるか不
明であるという報告
38）もあり，新生ニューロンの適切なネッ
トワーク形成の重要性が示唆されている。すでに諸外国だけで
なく我が国でも再生医療の臨床治験がはじまり
16）17），一般臨
床現場への導入が現実味を帯びてきている。その中にあって，
細胞移植後に，より機能回復を促進する治療法の確立を急ぐ必
要があると考える。
従来より，脳損傷に対する機能回復の手段として，理学療法
をはじめとするリハビリテーションが行われてきた。リハビリ
テーションに関する先行研究は数多く，動物だけでなくヒトを
対象とした研究も報告されている
39）40）。Nudo et al. は，リス
ザルを用いた実験で，運動が脳損傷後の神経ネットワークの再
教育に影響することを報告している
41）。再生医療とリハビリ
テーションは，ともに脳損傷からの回復を図り，患者の QOL
の向上を図ることを目的とするものであるが，細胞移植後に運
動介入を行い，再生医療とリハビリテーションの併用効果を検
討した報告はきわめて少ない。Hicks et al. は，脳虚血モデル
ラットに対する神経幹細胞の移植後に，ラットを遊具の豊富な
環境で飼育することで，通常の神経幹細胞移植のみの群と比較
して，運動機能が有意に回復することを報告している
42）。一
方，Yoshihara et al. は，脊髄損傷モデルラットに対し骨髄間
質細胞の移植と併用して 3 回 / 週の頻度で 1 時間 / 日の他動的
なサイクリング運動を行ったが，細胞移植単独の群やコント
ロール群の間で運動機能の回復に差がみられなかったことを報
告している
43）。
我々は，脳損傷モデルマウスを対象に，マウス ES 細胞由
来神経幹細胞の移植後にトレッドミルでの運動介入を 7 回 /
週，20 分 / 日のスケジュールで行い，細胞移植後の運動介入
効果を検討した
44）。その結果，移植後に運動介入を併用し
た群で，細胞移植単独もしくは運動介入単独の群と比較して
有意に運動機能が改善した。移植細胞の脳内での動態を解析
するために，損傷 35 日後に脳を摘出し，免疫染色法にて評
価した。その結果，損傷後に細胞移植のみを行う群と比較し
て，細胞移植と運動介入を併用した群において，移植された神
経幹細胞のニューロンへの分化率が有意に高いことが明らか
となった。また，皮質脊髄路の機能を評価するため，電気生
理学的解析として運動誘発電位（Motor evoked potential：以
下，MEP）を測定した。その結果，細胞移植と運動介入を併
用した群において，MEP 潜時の有意な改善がみられたことか
ら皮質脊髄路の再建が確認された。細胞移植と運動介入の併用
によって運動機能および電気生理学的な改善をもたらした要
因を探るため，real-time PCR 法を用いて，損傷脳内における
mRNA 発現を解析した。運動介入によって機能改善をもたら
す要因となるタンパク質として，脳由来神経栄養因子（Brain
derived neurotrophic factor： 以 下，BDNF）
45‒47）お よ び 成
長関連タンパク質 43（Growth associated protein 43：以下，
GAP43）
48）49）が知られている。BDNF は，運動介入によって
その発現が誘導され
45‒47），神経幹細胞の増殖やニューロン分
化，および神経突起の伸張効果をもたらすことが知られてい
る
50）。また，BDNF の下流に存在する GAP43 の発現を誘導す
ることで，損傷したニューロンの再生が生じるとされる
48）49）。
我々の研究の結果，治療を開始して 15 日後の損傷脳内におい
て，BDNF および GAP43 の発現が，細胞移植と運動介入を併
用した群で，細胞移植単独もしくは運動介入単独の群と比較し
て有意に高いことが確認され，機能改善をもたらした一要因と
して考えられる。
このように，再生医療の効果を最大限に発揮するためには，
移植後の理学療法が必要であることがわかる。現段階では，動
物実験レベルであるため，運動介入といってもトレッドミルを
使用した走行等の単純課題が多い。しかしながら，脳のシステ
ムがより複雑で，日常生活場面において巧緻な動作を要求され
るヒトが対象となれば，再生医療後の理学療法は，より課題特
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再生医療分野における理学療法の役割
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異的で個別性の高い治療内容が求められる。
今後は，再生医療分野において，よりよい理学療法の方法論
を模索するとともに，再生医療分野における理学療法の必要性
を動物実験レベルだけでなく，臨床レベルにおいて早期に検証
することが強く望まれる。
おわりに
「再生医療は夢の治療」として位置づけられていたが，近年
の再生医療研究の加速的進歩により，「夢の治療」から「現実」
のものになろうとしている。一部では，脳梗塞，心筋梗塞，変
形性関節症等，すでに現実の治療法として動きだしたことで，
メディアだけでなく一般市民にも再生医療という言葉が広く知
られるようになった。医療専門職である理学療法士も，この社
会の流れに乗り遅れることなく，リハビリテーションの専門家
としての存在意義を示す必要があると考える。理学療法士が関
わりながらも，その重度の障害に苦しむ患者も少なくない。そ
のような患者にとって，再生医療による細胞の補充，そして理
学療法による機能回復の補強および日常生活動作への機能の応
用は社会復帰に向けた大きな鍵となる。そのためにも，卒前お
よび卒後の理学療法教育を通して，再生医療をはじめとする最
先端医療に対応できる臨床家，研究者の育成が急務である。
文 献
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