In vitro evaluation of SMILE-derived decellularized human corneal stromal lenticules as scaffolds for rabbit limbal epithelial cells

目の表面は、光を集中させ、内部構造を保護するために、角膜と呼ばれる繊細で透明な皮膚の層に依存しています。この層は静止しているわけではありません。それは、透明な角膜と白目の境界に位置する特殊な細胞集団によって管理される、絶え間ない再生プロセスを行っています。これらの幹細胞が損傷したり、怪我、感染症、あるいは疾患によって失われたりすると、目の表面は適切に治癒できなくなります。透明な皮膚の代わりに、目には血管や瘢痕組織が覆いかさなり、失明に至ります。このような場合、視力を回復させるには通常、ドナーからの健康な組織の移植が必要となりますが、適切な適合者を見つけることは困難であり、体は外来組織を拒絶することがよくあります。科学者たちは、安全で利用可能であり、かつ角膜を再構築するために必要な特定の細胞を支えることができる材料を用いて、足場（細胞が登って成長するための枠組み）を使って代替表面を構築する方法を長年探し求めてきました。

このような枠組みの有望な供給源が、SMILE（小切開レンズ抽出術）として知られる一般的な視力矯正手術から浮かび上がってきました。この手術では、外科医がレーザーを使用して、患者の角膜の中心部から小さなレンズ状の組織片を切り出し、視力を矯正します。この「レンチキュール」と呼ばれる組織片は、通常、医療廃棄物として廃棄されます。研究者たちは、この組織がヒトの角膜であるため、修復に必要な自然な構造と透明性を備えていることに気づきました。問題は、この廃棄された材料から元の細胞を取り除き、それを新しい幹細胞のための「住処」として利用できるかどうかでした。研究チームは、これらの廃棄されたヒトのレンチキュールを取り、それらから細胞成分を剥ぎ取り、ウサギの幹細胞がこれらに付着して成長し始めるかどうかを確認するというアイデアを検証するために、実験を開始しました。

科学者たちはまず、SMILEの手術を受けた患者から廃棄されたヒトのレンチキュールを収集することから始めました。彼らは、これらの繊細なレンズに対し、ヒト細胞をすべて洗い流しながらも、その下にある構造的繊維を損なわないように設計された一連の化学溶液による処理を行いました。このプロセスは「脱細胞化」と呼ばれます。これは、ヒト細胞が残っていると、新しいホストにおいて免疫拒絶を引き起こす可能性があるため、非常に重要です。処理後、研究者たちは強力な顕微鏡を用いてレンズを観察しました。その結果、洗浄プロセスは効果的であることが分かりました。目に見えるヒト細胞とその核は除去されていましたが、複雑に層を成した角膜組織の構造は大部分が損なわれることなく維持されていました。角膜の強度と透明性を提供するコラーゲン繊維は、依然として自然な平行シート状に整列していましたが、まるで足場からデブリ（破片）が取り除かれたかのように、層の間隔はわずかに開いているように見えました。

次に、チームはこの洗浄された枠組みが新しい生命を支えられるかどうかをテストする準備を整えました。彼らは、眼の生物学の研究における標準的なモデルである、ウサギの目から輪部（りんぶ）幹細胞を採取しました。これらの細胞は、皿の中で増殖して健康な集団を形成するまで培養されました。研究者たちは、その後、これらのウサギの細胞を脱細胞化したヒトのレンズの表面に配置しました。細胞が定着して成長するのを7日から10日間間、そのままの状態にしました。結果は、細胞がヒトの組織に付着できることを示しました。細胞はただ浮いているのではなく、表面に張り付き、広がり始め、基礎となるマトリックスに接触するために小さな突起を伸ばしました。しかし、被覆は完全ではありませんでした。細胞は小さなクラスター（塊）を形成し、足場と局所的に接触してはいましたが、レンズの全表面にわたって連続した厚い新しい皮膚のシートを形成するまでには至りませんでした。

どのような種類の細胞が成長しているかを理解するために、研究者たちは特定のマーカーを探すための特殊な染色を用いました。彼らは、細胞がp63と呼ばれるタンパク質を発現していることを見出しました。これは、幹細胞または前駆細胞（多くのものになる可能性を持っているが、まだ完全に成熟していない細胞）の兆候です。同時に、細胞は、角膜細胞が最終的な専門化された形態へと完全に成熟したときに現れるCK3と呼ばれるタンパク質の兆候を示しませんでした。このパターンは、細胞が足場の上で、完全に分化した角膜皮膚へと急いで変化するのではなく、若々しく適応可能な状態に留まっていることを示唆しています。これは、細胞を再生能力を持つ状態に保つことがしばしば目標となる幹細胞療法にとって、ポジティブな兆候です。

本研究は、これらの廃棄されたヒトのレンズが、脱細胞化の処理を経て、輪部幹細胞の付着と短期間の生存をサポートする自然な足場として成功裏に使用できることを結論付けています。この材料は角膜の不可欠な構造を保持しており、そこに存在する細胞に悪影響を与えることもないようです。しかし、研究者たちは、これはあくまで第一段階であることを注意深く述べています。細胞は付着し生存してはいたものの、単独では完全で連続した組織の層を形成しませんでした。この研究は、材料自体は将来の治療に向けた実行可能な候補であるが、細胞をどのように配置し、どのように栄養を与えて、細胞を広げさせ、表面全体を覆わせるかを最適化するためには、さらなる作業が必要であることを示唆しています。これらの知見は、さらなる調査のための強固な基礎を提供しており、外科的な廃棄物が、視力を回復させるための命を救う資源へと変貌を遂げる未来を指し示しています。