回答:
発生・再生の理解、臓器の生成、疾患モデルの作成、組織工学
説明:
定義により、「多能性」である細胞は、あらゆる細胞型に分化することができるものである。これには、外胚葉、中胚葉および内胚葉の細胞が含まれる。胚性幹細胞(ESC)は、おそらく天然に存在する唯一の真の多能性細胞です。しかしながら、多能性細胞に特徴的な特定の遺伝子を過剰発現させることによって、誘導多能性(iPSC)として知られる技術によって多能性幹細胞を「作製する」ことが可能である。この技術の発見は、2012年にノーベル医学賞を受賞しました。
問題の範囲外ですが、ほとんどすべての細胞が多能性状態に再プログラムできるため、分化は一方向性のプロセスであるという考えに疑問が投げかけられています。
適用に関しては、化学的(成長因子、サイトカイン、他の分子)または物理的(機械的ストレス)であり得る時間的および空間的合図を用いて多能性幹細胞を所望の細胞型に分化させることが可能である。
このため、発生過程と再生過程をin vitroで再現することが可能です。例えば、幹細胞が肝細胞になるためにどのような変化を経なければならないかを追跡すること、または肝硬変が誘発されたときに肝臓がどのように再生するかを研究することが可能である。
幹細胞の定方向分化は、実験室で「ミニ器官」を作成するためにも使用することができ、それは薬物を試験しそして疾患を理解するためのモデルとして使用することができる。
このようにして作成された組織は移植にも使用できます。これは、ヒト患者に新たな膀胱を提供し、加齢黄斑変性を治療するために既に成功裏に行われている。組織工学的な膵臓、軟骨、骨、角膜、肝臓、腎臓などを作り出すための研究が進行中ですが、それがヒトの移植のために安全かつ予測可能に使用される前に多くの研究が必要です。
人工多能性幹細胞は、優れた疾患モデルとして役立ち、流産した胎児から幹細胞を取得するという倫理的な制約を回避することができるため、特殊です。たとえば、糖尿病の人から皮膚線維芽細胞を採取してそれから膵臓細胞を生成すると、これは糖尿病性膵臓のモデルとして機能します。
私はこの答えが大まかであることを実感します。時間が許す限り、私はそれをもっと簡潔にそして理解しやすくするためにさらに取り組みます。