がん３次元培養法について
がん３次元培養法の中でもスフェロイド培養法は、がん幹細胞の特性を持つ細胞を選択的に増殖しうる培養法として、固形がん腫からの培養法として用いられています。がん幹細胞は、がん治療抵抗性、転移能等との関連が強く示唆されており、がんスフェロイドの解析により、これらのがん難治性の解明に貢献しうると期待されます。これまでの研究で、主にグリオーマ、乳がん、大腸がん、卵巣がん、前立腺がん等よりスフェロイド培養の樹立が報告されており、これらを用いた研究の現況についてご紹介したいと思います。
この方法では、臨床検体より、直接又はフローサイトメトリー等を用いたがん幹細胞の選択の後、無血清培地でスフェロイド形成を行いますが、この培養条件下ではがん幹細胞としての特性を持つ細胞が選択的に増殖すると推測されます。がん幹細胞は、がんの治療抵抗性との関連が強く示唆されている事より、スフェロイド培養細胞の解析を通じて、がん治療抵抗性の解明に貢献する事が期待されます。
なぜがん３次元培養が必要なのか
がん細胞は、腫瘍組織中においては、非がん細胞、間質組織とともに構成される微小環境中で、3次元構造を構成しつつ、低酸素、低栄養等の過酷な条件に常時曝された状態で増殖していると考えられます。固形がん細胞のインビトロでの解析には、従来血清培地下で接着性プレートを用いた2次元平面培養が標準的に用いられていましたが、生体内における培養状態とは大きく違っており、がん細胞が本来持っている特性も多くの場合失われていると推測されます。従って、がん細胞の本来の生育状態を正確に反映しているとは言い難い面がありました。
このような考えのもとに、がん特性をよりよく反映するインビトロ実験系の構築を目的とした、固形がん細胞の様々な3次元（3D）培養法が報告されております。これらの３次元培養法は、従来型の２次元平面培養よりも、がんの生物学特性をより忠実に反映すると考えられます。従ってがん治療抵抗性や造腫瘍性等、難治がんの持つ臨床的に重要な特性解析の上で今後重要性が増してくると予想されます。
1. がん細胞の３次元培養モデル
がんの3次元培養研究は長い歴史があり、様々な培養法が報告されています。これらの培養方は大きく分けて、間質細胞等を含みがん微小環境をできるだけ保存する事を意図した培養法と、がん細胞のみで構築する培養法に分けられます。後者のがん細胞でのみ構築する3次元培養法としては、スフェロイド培養法の他に、オルガノイド培養法がありますが、がん細胞の分化も再構成しうる培養法として、最近重要度を増しています。また、スフェロイド培養法としては、臨床検体から樹立する方法の他に、すでに樹立したがん細胞株のスフェロイド培養を行う例もありますが、これらは多くの場合、がん幹細胞を模倣するモデル系、又は抗がん剤の大規模スクリーニング等に用いられています（図１）。
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2. スフェロイド培養法とがん幹細胞
がん組織中において、正常組織と同様に少数の幹細胞の特性を持つ細胞が存在し、幹細胞と分化細胞からなる階層構造を構成していると考える、いわゆる「がん幹細胞」の存在が様々ながん腫で報告されています。これら「がん幹細胞」」は、がんの抗がん剤抵抗性、転移能、造腫瘍性等、がんの難治性と深く関わっている事が報告されています。従って、がん幹細胞の特性解析を進める事により、これらのがん難治性克服に向けた治療戦略構築への貢献が期待されます。
このような背景のもとに、固形がん幹細胞の特性解析を目指したインビトロ培養系確立の試みがなされてきました。正常幹細胞に関しては、以前から神経系細胞において、無血清培地中でのスフェロイド形成法がその培養法として確立されてきました。そこで、正常幹細胞のスフェロイド培養法を転用する事により、グリオーマ幹細胞の幹細胞性を維持したまま増殖可能な培養法が確立されました。その後、スフェロイド培養法を改変する事により、乳がん、大腸がん、卵巣がん、前立腺がん等の様々な固形がん由来のがん幹細胞のインビトロ培養が報告されました。このように樹立されたスフェロイド細胞は、多くの例でがん幹細胞としての特性を有している事が報告されており、がん幹細胞解析の実験系として重要な役割を果たしていると考えられます。
おわりに
がん幹細胞はがん難治性に深く関与すると考えられますが、その生物学的特性に関する知見は、スフェロイド培養の解析から得られたデータによって大きく深まってきています。しかしながら、未だにスフェロイド培養が可能な固形がん腫は未だ限られており、長い樹立期間が必要ながん腫も多いのが現状です。従って、その方法論の改良により、このような技術的問題点を解決するとともに、肺がん、膵がん、肝臓がん等の他の難治がんにおいても同様な培養系の樹立が望まれます。
スフェロイド培養法の応用として、血中循環がん細胞（circulating tumor cells, CTC）をスフェロイド培養による単離増殖させる事が可能であると最近報告されました（文献1-3）。今後スフェロイド培養法は、CTCの培養法として血液検体を用いたliquid biopsyの発展にも寄与する可能性が期待されます。
文 献
1. Hodgkinson CL, Morrow CJ, Li Y, Metcalf RL, Rothwell DG, Trapani F et al. Tumorigenicity and genetic profiling of circulating tumor cells in small-cell lung cancer. Nat Med 2014; 20: 897-903.
2. Yu M, Bardia A, Aceto N, Bersani F, Madden MW, Donaldson MC et al. Cancer therapy. Ex vivo culture of circulating breast tumor cells for individualized testing of drug susceptibility. Science 2014; 345: 216-220.
3. Zhang L, Ridgway LD, Wetzel MD, Ngo J, Yin W, Kumar D et al. The identification and characterization of breast cancer CTCs competent for brain metastasis. Sci Transl Med 2013; 5: 180ra148.
