科学研究 - 大阪大学实现iPS细胞制备视网膜的自动化量产，成本降九成！

能生成各种器官组织被称为万能细胞的iPS细胞（人工诱导多功能干细胞）将来实现临床广泛应用的关键，是保证高品质细胞稳定且规模化培养制备。目前一直依赖于人工培养的方式，不仅效率低下，耗时耗力、品质不稳，而且成本极高，大量制备不现实。

为攻克这个难题，大阪大学大学院工学研究科生命先端科学系的纪冈正博教授，与涩谷工业株式会社（SHIBUYA KOGYO Co., Ltd）等合作开发了用于iPS细胞由来视网膜色素上皮（RPE）细胞工业化生产的自动机械设备（图1）。从iPS细胞的扩大培养开始一直到RPE细胞的回收，整个生产工艺全部实现了机械化[1]。

图1 纪冈正博教授等开发的细胞全自动培养设备（图/大阪大学）

2014年，国立研究开发法人理化学研究所（理研）的高桥政代教授在兼任特聘医师的神户市立医疗中心中央市民医院用患者自身的iPS细胞制成视网膜细胞进行了世界上首例临床研究。2017年，理研、神户市立医疗中心中央市民医院、大阪大学、京都大学等联合实施了首次异体iPS细胞由来视网膜细胞移植给湿性年龄相关性黄斑变性患者的临床试验（图2）。2019年4月，手术后经过一年观察，视网膜细胞全部着床成功，患者康复良好[2]。

图2 视网膜移植手术项目代表者：理研教授高桥政代，先端医疗中心医院眼科部长栗本康夫，京都大学教授山中伸弥（照片：理研）

2019年3月14日，株式会社日立制作所和理研宣布，双方合作利用全封闭小型自动培养设备，世界首次实现了人源iPS细胞到视网膜色素上皮细胞片层的自动培养（图3）。设备开发的一个关键点是看能否重现高技术水准研究人员培养的结果。因为技术水平不同的研究人员培养出的细胞差异性极大，但这种差异化又很难实现数字化评估。本次研究团队通过多种标志物解析比对，确认自动培养制备的细胞片达到了熟练技术员人工培养的片层品质水平。由此证明细胞片层自动培养的可行性。

图3 全封闭小型自动培养设备（左）和自动培养成的RPE细胞片层（右）（照片：日立制作所）

利用纪冈教授新开发的全自动培养设备，将iPS细胞和相关培养试剂配置好后按下开关，4个月后能够满足250人移植需求的视网膜组织就自动制备好了。iPS细胞极为娇气，2018年6月大阪北部地震（6.1级）时培养设备毫发无损，但当时设备内培养中的细胞却因为摇晃死亡。于是纪冈教授利用加速度传感器，手动调查了震动对细胞的影响。发现手抖动的一瞬，对细胞造成的冲击比过山车还要强。因此纪冈教授又对培养设备做了加速度应对改良，最终实现了高品质细胞组织的制备（图4）。

图4 网膜色素上皮细胞培养中（照片：纪冈研）

研发团队同时也力争降低细胞组织制备成本。通常培养体积在1升以下，纪冈教授本次采用了5升体系，通过轻柔晃动的方式一批能成功培养约100亿个iPS细胞（视频）。如果用于制备视网膜细胞，生成费用则可以降到之前的十分之一。但由于培养前iPS细胞制作本身的成本仍然很高，所以目前用于移植的话，平均一人的总成本尚且只能减少到500万日元左右。此前理研主导的iPS细胞由来视网膜移植手术采用人工定制培养，费用约为1亿日元。

Loading the player...

纪冈教授领导开发的iPS又来再生医疗制品（视网膜色素上皮及肝细胞）制备系统展示（AMED）

不仅仅是iPS细胞由来视网膜的制备，其他各个应用方向的临床研究和规模化生产也在稳步推进（图5）。庆应义塾大学医学部福田惠一教授等致力于iPS细胞由来心肌细胞片的大量生产；日本住友制药2018年3月也新开设一个工厂，专门用于治疗眼疾和帕金森氏症等疾病的视网膜组织细胞、神经细胞等的规模化生产。

图5 日本再生医疗2018分工图（图/AMED）

2019年8月29日，大阪大学宣布该校西田幸二教授的研究团队世界上首次利用iPS细胞培养的眼角膜细胞片层对角膜上皮干细胞衰竭症患者实施的移植手术大获成功（图6）[3]。原来双眼角膜严重受损几近失明的40多岁的女患者，于7月25日进行了2个小时的手术，8月23日恢复良好顺利出院。研究团队年前计划再做一例，三年内完成4例，术后都会跟进观察一年以确保安全性。如果进展顺利，团队预计五六年内可进入临床实用。下一步角膜的低成本量产技术也是重中之重，目前一台手术约耗费1000万日元，团队希望最终降到二三百万左右。