組織の再生と修復

生物が失われた組織や損傷した組織をどのように再生または修復するか。種によって程度の差はあるものの、発生プログラムを再利用する。

Definition

組織再生とは、失われた、または損傷した細胞、組織、または付属肢の再成長または機能的置換を指す。修復とは、損傷後の組織の完全性をより広範に回復させることであり、元の構造を再生することもあれば、瘢痕のような代替物を形成することもある。

Scope

このトピックでは、再生の生物学について扱う。具体的には、上形態的再生（両生類の肢のように構造全体を再生すること）と、常在幹細胞による組織維持との対比、芽体の形成とその役割、発生シグナル伝達の再活性化、そして再生能力が動物間でこれほど多様である理由などである。創傷治癒などの修復プロセスも関連する応答として扱われる。

Core questions

• 生物は肢や臓器のような失われた構造をどのように再生するのか？
• 芽体とは何か、そしてそれは失われた部分をどのように再構築するのか？
• なぜ一部の種は広範囲に再生できるのに、他の種は主に瘢痕を形成するのか？
• 再生中に発生プログラムはどのように再活性化されるのか？

Key concepts

• 上形態的再生
• 芽体
• 常在幹細胞による組織維持
• 発生シグナル伝達の再活性化
• 再生能力の多様性

Key theories

再利用された発生としての再生

再生は、増殖、パターン形成、分化といった胚発生の細胞プログラムを大部分再利用するため、失われた構造の再構築は、それが最初に形成された様相を再現する。

Mechanisms

損傷後、再生は異なる経路で進行しうる。両生類の肢の再生に代表される上形態的再生では、創傷部位の細胞が脱分化するか、または動員されて芽体（blastema）を形成する。芽体は増殖性の前駆細胞の塊であり、位置情報を再確立し、パターン形成と分化を通じて失われた構造を再構築する。高回転率の組織では、常在幹細胞が失われた細胞を継続的に置き換える。再生は発生シグナル伝達経路を再活性化し、パターンと同一性を回復させる。再生能力は種によって著しく異なり、体全体を再生する高度な再生能力を持つ動物から、元の構造ではなく瘢痕組織を形成することが多い動物まで様々である。

Clinical relevance

一部の動物が臓器を再生する仕組みを理解することは、ヒトの修復能力を向上させることを目的とした再生医療や組織工学の動機付けとなる。ヒトの場合、ほとんどの損傷は瘢痕形成によって治癒するためである。本項目は教育的なものであり、医学的または治療的な助言を提供するものではない。

History

再生は、18世紀に両生類が肢を再生する観察以来、生物学者を魅了してきた。再生動物に関する古典的な実験は、後に発生生物学全体に影響を与える位置情報の概念を定義するのに役立った。

Key figures

• Thomas Hunt Morgan
• Lazzaro Spallanzani

Seminal works

• gilbert2016
• wolpert2015

Frequently asked questions

芽体とは何ですか？

再生する動物の切断部位に形成される増殖性の前駆細胞の塊であり、失われた構造を再構築します。

なぜ人間は失われた肢を再生できないのですか？

ヒトの組織は、完全な再生に必要な発生プログラムを再活性化する能力が限られているため、大きな損傷は通常、元の構造を再生するのではなく、瘢痕組織を形成して治癒します。