3つのアプローチで毛髪再生医療の研究を展開
患者の後頭部から10本程度の毛髪を根元の毛包ごと採取し、体外で細胞培養して大量に増やし自家移植する―このような脱毛症の毛髪再生医療開発に挑んでいるのが、横浜国立大学大学院工学研究院教授の福田淳二氏だ。
福田研究室の元来の研究テーマは、細胞培養技術を用いた人工肝臓の開発であった。横浜国立大学の工学系学生は通常、4年生で研究室に入るが、ある時、1年生が「早く研究したい」と福田研究室を訪ねてきた。そこで、院生たちも交えて「何か面白い研究テーマを新たに設けよう」と話し合った結果、走り出したのが「毛髪再生」だった。
「半分、冗談のような感覚でスタートしたが、人工肝臓よりも毛髪再生の方が技術的にもコスト的にも実用化に近く、数多くの研究成果を積み重ねることができた」と福田氏は振り返る。
福田氏は九州大学在籍時にブタの肝細胞を大量培養して体外循環で肝代謝を代替する装置をほぼ完成させ、臨床研究の一歩手前の段階まで進めた経験を持つが、「肝臓は1.5kgもの重量がある大型臓器であり、その培養には大規模な施設が必要で莫大なコストがかかるが、毛髪は肝臓より少ない細胞数で移植可能であり、低コストで培養できる。脱毛症の患者数が多いことも考慮すると、ビジネス・医療として成立しやすいのではないか」と考えるようになったという。
福田氏によると、哺乳類の毛を産生する器官である毛包は上皮系細胞と間葉系細胞の2種類の細胞集団から成り立っている。福田氏らがまず着目したのは、毛包の基部に位置する特殊な間葉系細胞「毛乳頭細胞」だった。
毛包は成長期、退行期、休止期という毛周期を繰り返すが、毛乳頭細胞はWnt シグナルやTGF-β など様々なシグナルを介して毛周期を制御する司令塔の役割を果たしているという。
福田氏らは現在、3つのアプローチで毛髪再生医療の実現に挑んでいる。第一に「毛乳頭細胞などの間葉系細胞を移植し、患者の休止期毛包を活性化させる」方法だ。
第二に「上皮系細胞と間葉系細胞を共培養した毛包原基を移植し、生体内で毛包を再生する」方法、第三に「毛包原基から再生毛包（毛包オルガノイド）を作製して移植する」方法であり、第二、第三の方法は毛包が存在しない末期脱毛症への移植を想定している。
この中で最も実用化に近いのが、第一の「間葉系細胞を移植する」方法であり、福田氏らの研究に先行して国内外でさまざまな研究報告がなされている。
1999年にNature 誌に報告された研究では，男性の頭皮毛包から採取した毛根鞘（間葉系組織）を女性の腕の皮膚へ移植したところ、周囲よりも太く色素を伴う新たな毛髪が再生し、その毛包内の毛乳頭はドナー（男性）由来の細胞から構成されることが遺伝子解析によって示された。この結果について福田氏は、「間葉系組織が移植先で毛包を誘導する強力な能力をもつことを明確に示している」と指摘する。
また、国内では間葉系細胞の1種である毛球部毛根鞘由来細胞を移植する脱毛症治療の臨床試験が実施されたが、「論文報告では数％程度の改善が見られたが、見た目に大きな変化をもたらすにはさらに効果を高める必要があることが示唆された」という。
毛乳頭細胞の機能を高める「重層化培養」法を開発
こうした研究報告を受け、福田氏らが注力したのは毛髪再生医療に特化した新たな細胞培養技術の研究だった。
「ドナーの毛髪から間葉系細胞を分離して継代培養する過程で、細胞が持つ発毛機能が失われることは20年以上前から知られていた。従って、細胞の機能を維持したまま大量に増やす技術の確立が鍵になる」と福田氏。
一般的に細胞を平面培養すると急速に機能を失うことが知られている。福田氏らがヒト毛乳頭細胞を用いて平面培養した場合も同様であり、細胞数は増加したが、発毛関連遺伝子であるalkaline phosphatase（ALP）などの発現量は大きく低下した。
そこで、福田氏らはスフェロイド培養など3次元的な培養法のほか、ゲルビーズ培養、電圧印加、PI3K経路に作用する薬剤の添加など、さまざまな培養方法を試みた。
スフェロイド培養の場合は、発毛関連遺伝子発現量は少し上昇し、発毛機能が維持されることが示されたが、細胞数がほとんど増えないため、毛髪再生医療には適用しづらいことが分かった。試行した全ての方法の中で、最も有望な方法として浮上したのが、福田氏らが「重層化培養」と名付けた方法だった。
ヒト毛乳頭細胞を一般的な方法で平面培養すると、細胞は5日間ほどでコンフルエント（培養皿全面を単層で覆う状態）に達する。通常はコンフルエントに達する前に別の培養皿へと継代して拡大培養するが、福田氏らが開発したのは、同じ培養皿でそのまま培養を続ける方法である。
「院生の一人が別の培養皿に移し替える作業を忘れたことがあり、そのまま放置された培養皿を観察すると、毛乳頭細胞が何層にも積み重なっていた」と福田氏。30日間培養を続けると、3～5層に重層化した凹凸のある細胞塊が形成され、細胞数は播種時の約20倍に増加していた（図1）。
図1 ヒト毛乳頭細胞の重層化培養
この培養細胞の発毛関連遺伝子ALPの発現量を調べると、平面的だった培養5日目までは低下したが、重層化が進行するとともに回復して30日目には培養開始時の約7倍に達し、細胞増殖、発毛機能の両面から効果が期待できることが示された（図2）。
また、毛乳頭細胞をマウスに移植する実験で、平面培養に比して重層化培養は発毛量が多いことも示された。福田氏は「特に複雑な培養操作を加えたわけではなく、培養期間を長くしただけのシンプルな方法であるが、臨床プロセスに応用するにはシンプルな培養系であることも重要だと考えている」と説明する。
図2 ヒト毛乳頭細胞の細胞培養法による細胞増殖と機能の違い（赤線が重層化培養）
次に、福田氏らは毛乳頭細胞重層化培養の効果と安全性を高めるために、培地の検討を行った。従来はFBS（ウシ胎児血清）を含む専用培養液を使用していたが、安全性の面から動物由来原料を含む培地はヒトには適さない。
そこで、動物由来原料を含まないロート製薬の培養液（既発売）を使用して毛乳頭細胞の重層化培養を試みると、細胞増殖は従来の培養液を使用したときの2倍、発毛関連遺伝子の発現量は30倍に上昇した。
さらに、ロート製薬が新規の生物由来原料基準適合培養液を開発していることが分かったため、共同研究を実施。新規開発培養液を使用すると、発毛関連遺伝子の発現量は100倍に達した。これらの成果をもとに、福田氏は毛髪再生医療の実用化を目指すベンチャー企業を設立し、「現在、ロート製薬と共同でヒト毛乳頭細胞移植による脱毛症治療の臨床試験実施を目指して準備を進めている」という。
また、毛髪再生医療の3つのアプローチのうちの「再生毛包移植」は医療として実現するにはまだ多くの時間を要しそうだが、福田氏らはin vitroでマウスおよびヒト由来の細胞から毛包オルガノイドを作製することに成功した。
すると、製薬企業、食品企業などから「発毛剤の評価系として利用できないか」という問い合わせが寄せられたため、ヒト毛包オルガノイドとミノキシジルなど数種類の薬剤を用いた評価試験を実施。オルガノイドの毛幹様構造の伸長を指標に、発毛効果を定量的に測定する評価系開発を進めている。
