細胞培養の効率化で再生医療の未来を拓く 「可溶性マイクロキャリア」

医(yi)療(liao)の可(ke)能性を広げる技術として注目される再(zai)生医(yi)療(liao)。その普(pu)及(ji)に向けては、現在(zai)の医(yi)薬品と比べて製(zhi)造コストが高いということが壁の一つになっていると言われています。この課題(ti)に対して、大日本(ben)印(yin)刷株式(shi)会社(DNP)と株式(shi)会社Hyperion Drug Discovery(HDD社)は「可(ke)溶性マイクロキャリア」を共同(tong)開発(fa)。細胞培養の効率化によって薬価を抑えるとともに、高い生体適合性によって投与後(hou)の安(an)全性にも寄与する製(zhi)品になるとして、大きな期(qi)待が寄せられています。その特徴と展望についてご紹介(jie)します。

目次

高まる再生医療への期待と課題

ES細(xi)胞やiPS細(xi)胞など多能(neng)(neng)性幹(gan)細(xi)胞の開発で、近年、研究(jiu)が加速している再生(sheng)医療(liao)。これらの細(xi)胞は、さまざまな細(xi)胞に変化(分(fen)(fen)化)する能(neng)(neng)力と、分(fen)(fen)化した細(xi)胞と同じ能(neng)(neng)力を持ち、失われた臓(zang)器(qi)や体の機能(neng)(neng)を再生(sheng)・修復させる画期的な治療(liao)法の基になり得(de)ます。そのため、多能(neng)(neng)性幹(gan)細(xi)胞は、心臓(zang)・神経・軟骨(gu)・眼・血液・免(mian)疫に関わるさまざまな疾患を治療(liao)する技術の研究(jiu)が進められています。

幹(gan)細(xi)(xi)胞(bao)から分化する細(xi)(xi)胞(bao)のイメージ

この再生医(yi)療(liao)(liao)は、2007年に承認された重度(du)の火傷治療(liao)(liao)用細胞シートに始まり、現在は10品目以上が承認されていますが、細胞の培(pei)養に手間(jian)と時間(jian)がかかるため従来(lai)の医(yi)薬品よりも価格が高額(e)となっています。高額(e)医(yi)療(liao)(liao)制度(du)のもとでも気軽に使(shi)用できるものではなく、より効(xiao)率的に大(da)量に細胞を培(pei)養する方法が求(qiu)められています。

こうした課題を解決する素材としてDNPとHDD社が共同開発(fa)したのが、大量(liang)培養により、作業(ye)効率(lv)とコスト削減を実現できる「可溶性(xing)マイクロキャリア」です。

DNPは「P&I=印刷と情報」の知見を活(huo)かして、メディカル・ヘルスケア関連の新規事業開発(fa)に注(zhu)力してきました。オンラインで患者(zhe)の服薬状況を確認(ren)できる「服薬サポートサービス」、創薬開発(fa)への応用が期待できる立体臓器「ミニ腸」、人(ren)工知能(neng)を活(huo)用した「AI支援胸部がん検診読影システム」など、数(shu)多くの先進(jin)的な実績があります。再生(sheng)医療の分野(ye)でも、業界団体「再生(sheng)医療イノベーションフォーラム」に発(fa)足(zu)時の2011年(nian)から参画し、大阪大学で6年(nian)間、東京医科(ke)歯(chi)科(ke)大学で10年(nian)以上にわたって共同研(yan)究講座(zuo)を設(she)置するなど、産学連携のパートナーシップを築いています。

そうしたなか、2020年には、DNPが保有する微小粒子の表面加工技術や材(cai)料選定(ding)のノウハウと、HDD社の医(yi)療(liao)製品(pin)に適(shi)用可能な細胞培養技術や薬事規制対(dui)応に関する知見を掛け合わせた協(xie)(xie)業が実現。両社が協(xie)(xie)力して、材(cai)料選定(ding)、顧客へのヒアリング、サンプル提供(gong)、製造プロセスの設計等の各フェーズを進めたことで、2023年3月(yue)、「可溶(rong)性マイクロキャリア」のリリースに至(zhi)りました。

細胞培養の作業効率と安全性を大きく向上

細(xi)胞の培養方法(fa)(fa)は、「浮遊培養」と「接着(zhe)培養」に大(da)きく分(fen)けられます。前者は、血(xue)液中(zhong)の細(xi)胞のように浮遊して増殖(zhi)する培養に用いる方法(fa)(fa)で、後者は、筋肉(rou)・皮膚・軟骨など接着(zhe)して増殖(zhi)する細(xi)胞の培養に用いる方法(fa)(fa)です。この「接着(zhe)培養」の作業(ye)の効率化で期待されているのが、「マイクロキャリア」と呼ぶ微(wei)小な粒子に細(xi)胞を付(fu)着(zhe)させる手法(fa)(fa)です。

接着培養と浮遊培養の違い

接着培養、浮遊培養のイメージイラスト

接着培養:足場となる基材に接着して細胞を増殖させる方法。足場の面積に比例して増殖する。回収時には足場から剥離する必要がある。
浮遊培養:足場を必要(yao)としない非接着性細胞(bao)に適(shi)用される方法。細胞(bao)同士が凝集して増殖する。

接(jie)着培(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)は通常、シャーレのような容器に細胞を接(jie)着させて行います(二次元的培(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang))。例えば、細胞を1億(yi)個培(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)する場(chang)合、培(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)液を定期的に取(qu)り替(ti)(ti)える必(bi)要(yao)(yao)がある容器が数百〜数千枚にもなります。またそれらを格納(na)する小型冷蔵庫(ku)ほどの大きさの培(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)器が10~20台必(bi)要(yao)(yao)です。これを「マイクロキャリア」に置き替(ti)(ti)えると、培(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)液の中(zhong)で三次元的に培(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)できるため、同数の細胞培(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)をわずか500mlペットボトル程度の大きさの容器で行うことが可能。大幅な省(sheng)スペース化を実現するとともに、培(pei)(pei)養(yang)(yang)(yang)液の取(qu)り替(ti)(ti)えなどの作業効率(lv)も格段(duan)に向上します。

1億個の細胞培養に要するスペース(イメージ)

1億個の細胞を、平面・三次元的、それぞれで培養するイメージイラスト

しかし従(cong)来のプラスチック製のマイクロキャリアによる培養は、マイクロキャリア同士の衝突によって生じる微小な破片(pian)を取(qu)り除くことができないため、抗体医薬やワクチンの製造への利(li)用にとどまり、人体に細胞(bao)を投与して利(li)用する再(zai)生医療には使われていませんでした。

これに対し、DNPとHDD社が共同(tong)開発した「可溶性マイクロキャリア」は、一般的に再生(sheng)医(yi)療で使用されている剥離剤(ji)を用いてマイクロキャリアのみを溶解し、簡(jian)単に細胞だけ回収できるため、微(wei)小な破片が残りません。また、原材料と剥離剤(ji)の双方(fang)で毒(du)性の低さが認められており、高(gao)い生(sheng)体適合性を実(shi)現しています。

可溶性マイクロキャリアを使用した細胞培養の流れ

可溶性マイクロキャリアを使用した細胞培養の流れの説明図

(左)ステップ1:粉末状のマイクロキャリアを培養液(培地)などで膨潤する。
(中央)ステップ2:膨潤したマイクロキャリアが入っている培養液に細胞を加え、マイクロキャリア表面に細胞を接着させる。細胞が増殖し、ある程度の量に達したら、マイクロキャリアを追加する。すると、細胞は新しいマイクロキャリアに移動し、さらに増殖する。この間、容器内を時々撹拌したり、培養液を取り替えたりしながら環境を保つ。
(右)ステップ3:規(gui)定量(liang)まで細胞を培(pei)養したら培(pei)養液(ye)を取り除き、マイクロキャリアを溶解する液(ye)を入れて混ぜることで、微小(xiao)な破片が混入することなく細胞本体(ti)を回収できる。

すでに、DNPのマイクロキャリアは、医(yi)(yi)薬(yao)品などの品質、有効性や安全性を審査(cha)する独立行政(zheng)法人医(yi)(yi)薬(yao)品医(yi)(yi)療機(ji)器総合機(ji)構(gou)(PMDA)によって、再(zai)生医(yi)(yi)療等製品などの製造に使用する材料としての適格性が確認されており、製品化に向(xiang)けた取り組みを進(jin)めています。

誰もが手軽に再生医療を受けられる未来へ

「可溶性マイクロキャリア」によって細胞(bao)医(yi)(yi)薬(yao)品の低コスト化と安全性の実(shi)証が進(jin)んだ先には、“地(di)域の医(yi)(yi)療(liao)(liao)機関で再生医(yi)(yi)療(liao)(liao)が受(shou)(shou)けられる社(she)会”が訪(fang)れると期(qi)待できます。これまでは例えば、先進(jin)医(yi)(yi)療(liao)(liao)を実(shi)施している一部の医(yi)(yi)療(liao)(liao)機関でしか受(shou)(shou)けられなかった再生医(yi)(yi)療(liao)(liao)が、地(di)域の中核病院で、保険適(shi)用された安価な医(yi)(yi)療(liao)(liao)費(fei)で受(shou)(shou)けられるようになれば、従来は対処(chu)できなかった疾病の治療(liao)(liao)にもつながるでしょう。

そうした未来(lai)の実現に向けて、解(jie)決すべきミッションは、コストの低(di)減につながる細(xi)胞(bao)(bao)培養(yang)のさらなる効率化に加(jia)え、培養(yang)した細(xi)胞(bao)(bao)の変(bian)質リスクを抑える安全性(xing)の検証や、必要なタイミングで必要な場(chang)所に細(xi)胞(bao)(bao)医薬品(pin)を届ける保管(guan)・流通(tong)システムの確立などがあります。

これら多くの課題を一つひとつクリアしていくには、企業(ye)(ye)1社だけではなく、企業(ye)(ye)・団体・研究機関等の枠を越(yue)えた業(ye)(ye)界全(quan)体の連携が欠かせません。これまでDNPが積(ji)み上(shang)げてきたHDD社をはじめとする企業(ye)(ye)やアカデミアとのパートナーシップを強みとして、今後も製薬メーカーへの「可溶性マイクロキャリア」の提供や開(kai)発受託など、再生医(yi)療(liao)の裾野を広げる広範な活動を展開(kai)していきます。

「地域の医療機関で再生医療が受けられる社会」のイメージ図

世界市場を視野に入れた基盤技術の実用化に向け、“新たなモノづくり、コトづくりへの情熱”をもつDNPさんはかけがえのないパートナーです。

DNPのパートナーとして「可溶性マイクロキャリア」の開発にも大きく貢献(xian)していただいたHyperion Drug Discovery(HDD社(she))の嶽北和宏氏は、DNPの果たした役(yi)割について次のように評価しています。

「DNPさんとは、前職(zhi)の大(da)(da)阪(ban)大(da)(da)学医学部、前々職(zhi)の医薬(yao)品医療(liao)機(ji)器総合機(ji)構(gou)(PMDA)で関わりがありましたが、当時(shi)から『これまでにない新規なモノづくり・コトづくりの情熱をおもちだな』という印象がありました。AI画像解(jie)析という当時(shi)最先端の技術(shu)を持ち込(込)み、既存の評(ping)価基準を満たしつつ省力化・均質化を果たすプログラムを構(gou)築したり、再生医療(liao)イノベーションフォーラム(FIRM)の理事(shi)企業として、平(ping)成26年の薬(yao)事(shi)法(fa)改正(zheng)をはじめ、常に議(yi)論の中心メンバーの一(yi)社(she)として活躍していたりと、技術(shu)・マインドの双方で頼れるパートナーでした。

そうした経(jing)緯もあり、今回(hui)の次世代型マイクロキャリアの研(yan)究開発におけるパートナーにも、確信を持(chi)ってDNPさんに声をかけさせてもらいました。結果、真(zhen)摯にプロジェクトに向き合(he)っていただき、開発スピードや提案(an)力の面(mian)で大いに助けられました。

私たちが専(zhuan)門(men)としている再生医療やバイオテクノロジーの分(fen)野における基盤技術(shu)は、そのほとんどが海(hai)外製品でシェアが埋め尽くされている現(xian)状があります。そのなかで日本発の新たな基盤技術(shu)を実用化し、未だ治療法の選択肢が限られる世(shi)界(jie)中の患者さんの手(shou)助(zhu)けができれば、これにまさる喜びはありません。その意味で今後も、DNPさんとのパートナーシップには大いに期待しています。」

株式会社Hyperion Drug Discovery 代表取締役社長


独(du)立行政法人(ren)医(yi)薬(yao)品(pin)医(yi)療(liao)機器(qi)総合機構(PMDA)生(sheng)(sheng)物(wu)系(xi)審(shen)査第二部にて再(zai)生(sheng)(sheng)医(yi)療(liao)・生(sheng)(sheng)物(wu)由来(lai)医(yi)療(liao)機器(qi)の審(shen)査を担当。その後、PMDA 再(zai)生(sheng)(sheng)医(yi)療(liao)製品(pin)等審(shen)査部で主(zhu)任(ren)(ren)として再(zai)生(sheng)(sheng)医(yi)療(liao)審(shen)査のリーダーを務めるとともに2014年(nian)の薬(yao)事法改正(zheng)作業を担当し、再(zai)生(sheng)(sheng)医(yi)療(liao)等製品(pin)の規(gui)制整(zheng)備を行う。2017年(nian)より大(da)(da)阪大(da)(da)学大(da)(da)学院医(yi)学部心臓血管外科の特(te)任(ren)(ren)講(jiang)師、2019年(nian)より重症下肢虚血治療(liao)共同研究(jiu)講(jiang)座の特(te)任(ren)(ren)准教(jiao)授としてヒト多能性幹細(xi)胞(bao)加工製品(pin)をはじめさまざまな医(yi)療(liao)製品(pin)の開発に従事。現在は、未来(lai)医(yi)療(liao)学寄附講(jiang)座の特(te)任(ren)(ren)准教(jiao)授、再(zai)生(sheng)(sheng)医(yi)療(liao)および遺(yi)伝子治療(liao)の研究(jiu)開発を目的とした(株)Hyperion Drug Discoveryとコンサルテーションを目的とした(株)ピーチコンサルティング、そして新規(gui)食(shi)材の研究(jiu)開発を目的とした(株)Hyperion FoodTechを立ち上げ、代表取(qu)締役に就任(ren)(ren)。

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