皮膚をよく見ると、実際には死んだ細胞がほとんどです。この薄い最外層は、その下にある生きた細胞の成長を守ります。
「人間が角質を除去するのは、皮膚細胞が成熟して剥がれ落ちるようにできているからです」と、米国地質調査所の野生生物病専門家、ティエリー・ワーク氏は言う。6月、彼と同僚たちは、ウミガメの皮膚でこのプロセスを再現することに成功したと報告した。ウミガメにフェイシャルトリートメントを施したわけではないが、研究室でウミガメの皮膚を何層も培養することに成功したのだ。
研究チームは、ウミガメの皮膚全体と体内に腫瘍を発生させる線維性乳頭腫症と呼ばれる致命的な疾患の原因ウイルスを研究しています。「このウイルスを培養するには、基本的に実験室で皮膚を複製する必要があります。なぜなら、このウイルスは皮膚細胞が成熟しているときにのみ増殖するからです」と彼は言います。この難解なウイルスの培養は、研究者がウミガメを救うのに役立つだけでなく、ヘルペスウイルスがヒト内でどのように増殖するかを解明する助けにもなるかもしれません。
ワーク氏の研究は、科学者が爬虫類の皮膚を人工的に作製した初めての事例となりますが、私たちは数十年前から、哺乳類の皮膚を模倣した独自の研究室での研究を続けてきました。研究室で作製された皮膚は、病気の治療法の開発、傷の治癒、化粧品の試験から動物を守ること、そして本物の動物の皮革の見た目と感触を模倣した「革」の設計に役立ちます。人間や他の生物のために、私たちがどのように皮膚を模倣しているのか、その仕組みをご紹介します。
カメのトラブル
線維性乳頭腫症は絶滅危惧種のアオウミガメに最も多く発症しますが、他のウミガメ種にも発症することがあります。この病気は、腫瘍を増殖させて視力や摂食能力を低下させたり、免疫系を抑制したりすることで、ウミガメの衰弱を招きます。
この病気と闘うには、科学者たちはウイルス（カメヘルペスウイルス5型、略してChHV5）が生きた細胞内でどのように増殖するかを解明する必要があります。そこでワーク氏らの研究チームは、線維性乳頭腫症を患い、死亡したばかり、あるいは安楽死させられたアオウミガメから皮膚サンプルを採取しました。そして、皮膚にハリを与えるタンパク質と同じコラーゲンからゲルを作り、提供された皮膚の深部から採取した細胞をそこに播種しました。ワーク氏によると、革製のハンドバッグや靴を検査するときに私たちが目にするのは、まさにこの層なのです。最後に、研究チームはこの足場の上に表皮細胞を培養しました。
彼らの努力の成果は、わずか5～6ミリ幅の小さな皮膚片だ。しかし、顕微鏡で見ると、本物のカメの皮膚と全く同じように見えるとワーク氏は言う。
カミツキガメヘルペスウイルス5型やその他のウイルス（人間にイボを引き起こすウイルスなど）は、皮膚の形状を模倣し、生きた成熟細胞が存在する環境がなければ、研究室で培養することができません。
単純ヘルペスウイルス（ヒトの口唇ヘルペスや性器ヘルペスの原因）など、他のウイルスはそれほど要求条件が厳しくありません。通常、単純ヘルペスウイルスなどのウイルスは、ペトリ皿内の皮膚細胞の平らな「芝生」の上で培養されます。しかし、この環境では実際の皮膚の形状や構造を完全に再現することはできません。そのため、ペトリ皿でウイルスを培養することで得られる知見の中には、見逃しているものがあるかもしれません。「再構築された皮膚の実際の三次元構造の中で、ウイルスがどのような働きをするのか、私たちはまだ完全には観察できていません」とワーク氏は言います。
彼と同僚がカメの「皮膚」でChHV5を培養したところ、病原体は予想通りの挙動を示さなかった。ウイルスは奇妙な太陽のような形をした構造を形成し、細胞内で「工場」のような働きをし、そこに定着して自己複製を繰り返した。「これらの構成要素が組み合わさる様子は…従来のヘルペスウイルスとは全く異なっていました」とワーク氏は言う。
単純ヘルペスウイルスやヒトに感染する他のヘルペスウイルスも、新たなウイルスを集合させるために同様の構造を形成する可能性があります。「ヘルペスウイルスの複製は、実際には人々が考えていたよりもはるかに複雑です」とワーク氏は推測しています。ウイルスが細胞と実際にどのように相互作用するかをより深く理解すればするほど、より効果的な薬を開発できるでしょう。
科学者たちはChHV5を研究室で培養できるようになったため、次のステップは線維性乳頭腫症の血液検査を開発することです。この検査によって、カメが死に始める前に、特定の地域でこの病気が蔓延していることを察知できるようになります。「カメは深刻な苦痛を味わっており、腫瘍がひどくなる頃には、何も手遅れになっているのです」とワーク氏は言います。
全てのカメに直接ワクチン接種や治療を施すのは現実的ではないでしょう。しかし、マラリア媒介蚊を防ぐために殺虫剤や蚊帳を使用するのと同じように、この病気の感染を防ぐことはできるかもしれません。
爬虫類の皮膚を研究室で培養することに成功した今、この技術は他の爬虫類や両生類の皮膚疾患の研究にも応用できる可能性があります。人工的に作られた皮膚は、米国東部および中西部のヘビを脅かすヘビ真菌感染症や、世界中のカエルに感染しているツボカビについて、より深く理解するのに役立つかもしれません。
傷を癒す
ワーク氏によると、カメの皮膚には毛包も汗腺もありません。そのため、人間の皮膚よりも加工しやすいのです。しかし、彼がウミガメの毛皮を模倣するために用いた技術は、人間の皮膚を模倣するために一般的に用いられている技術を応用したものです。
皮膚代替品は、火傷やその他の慢性的な傷を覆い隠すために、患者の体の他の部分から移植片を使用する代わりに用いられる。「患者が太ももからの移植を受け入れる回数は限られているでしょう。そのため、既製の皮膚代替品が非常に人気になったのです」と、ボストン大学医学部皮膚科の名誉教授、ヴィンセント・ファランガ氏は語る。ファランガ氏の生体バイオエンジニアリング皮膚の研究は、治癒が遅れている傷の早期治癒を助けるものとして、米国食品医薬品局（FDA）の承認につながった。
皮膚移植とは異なり、バイオエンジニアリング皮膚は皮膚に定着せず、最終的には崩壊します。しかし、傷口を保護し、皮膚の自然治癒プロセスを刺激します。バイオエンジニアリング皮膚の使用は、皮膚移植よりも痛みが少なく、合併症も少ない可能性がありますが、一般的に費用は高くなります。
バイオエンジニアリングされた皮膚は、新生児の包皮から採取した細胞を用いて作られることが多い。しかし、活発な若い細胞が損傷部位を刺激しすぎて、供給できる以上のエネルギーを必要とする可能性があるとファランガ氏は指摘する。活動性の低い成人細胞を利用したバイオエンジニアリングされた皮膚は、実際には傷の治癒を促進する効果が高い可能性がある。
皮膚代替物は、本物と全く同じ機能を果たすわけではありません。しかし昨年、日本の研究者らが幹細胞から本物そっくりのマウスの皮膚を作製し、他のげっ歯類への移植に成功したと報告しました。これまで幹細胞から皮膚を作製する際、皮膚の最外層を模倣した細胞シートの作成しかできませんでした。しかし、この新しい皮膚は、皮膚の3層構造すべてを再現し、毛包と皮脂腺（皮膚を滑らかにする脂肪分泌物を作る腺）も備えていました。
ファランガ氏は、この種の人工皮膚が慢性創傷に効果を発揮するかどうかについて懐疑的だ。「バイオエンジニアリング分野の人々は、自然界に既に存在するものを再現しようとしています」と彼は言う。「私たちは、皮膚と全く同じように見える製品を作りたいのです。」しかし、長引く創傷は適切な血液供給が不足していたり、その他の問題によって治癒が妨げられていたりする。そのため、高いエネルギー消費を必要とする正常な皮膚機能を維持できない可能性がある。
しかし、日本の研究チームは、研究室で培養した皮膚が、最終的には火傷、傷跡、あるいは脱毛症などの皮膚疾患に苦しむ人々を助けることを期待しています。「これまで、人工皮膚の開発は、毛包や外分泌腺といった重要な器官が皮膚に欠けているという理由で阻まれてきました」と、理化学研究所発生・再生科学総合研究センターの共著者である辻隆氏はプレスリリースで述べています。「この新しい技術により、正常組織の機能を再現した皮膚の培養に成功しました。」
辻氏は、このリアルな皮膚は、人間に移植できる臓器全体を培養するという科学者の夢に一歩近づくものだと語る。
動物の保護
しかし、代替皮膚の用途は医療だけではありません。辻氏と彼のチームは、この人工皮膚の開発にもう一つの目標を掲げています。それは、将来的には動物の代わりに、このリアルな皮膚を化粧品の試験に活用することです。
この目的に特化した企業はすでにいくつかあります。ボストンに拠点を置くMatTekは、研究室で培養した皮膚を、洗濯洗剤、化粧品、アンチエイジングクリーム、その他の化学製品を製造する企業に販売しています。
ワーク氏のウミガメの皮膚のように、これらの皮膚片は非常に小さく、厚さはわずか1ミリにも満たない。腹部整形や割礼などの外科手術後に残った皮膚細胞から作られる。この「皮膚」は、動物の皮膚よりも人間の皮膚に近いと、マテック社の顧客の一人が昨年Wired誌に語った。
研究室で作られた皮膚も、近い将来、革の代替品となるだろう。ブルックリンに拠点を置くスタートアップ企業、Modern Meadowは、動物細胞を遺伝子操作してコラーゲンを生成し、それを使って本物の動物の毛皮に似た革を製造している。この「バイオファブリケーション」革は、動物を飼育し、屠殺し、なめすのに何年もかかるのに対し、わずか2週間で成長させる。また、細胞紡糸で作られた革は毛や脂肪といった特徴がないため、本物の革よりも環境に優しい処理が可能だ。
ワーク氏の研究室で培養された爬虫類の皮は、バッグや靴に本物のヘビやワニの皮の代わりに使えるのだろうか？「その規模に達するまでには、この技術をかなり最適化する必要があるでしょう」と彼は言う。「しかし、間違いなく可能だと思います。」
亡くなったファッションアイコンのDNAを使って、レザージャケットやバッグ用の皮膚を培養するという計画も浮上しているようだ。デザイナーのティナ・ゴルジャンクは、アレキサンダー・マックイーンが1992年のコレクションで使用した毛髪から採取した遺伝子素材を使って、人工皮膚を作製したいと考えている。彼女はこの技術で英国で特許を申請しているが、現時点では試作品は人間の皮膚に見えるように加工した豚革で作られている。
