Researchメニューへ|コンテンツへここからグローバルメニューです。Numbersここでグローバルメニュー終わりです。SizeSMLスクリプトが無効のため使用できません.※スタイルシートが無効な為,利用ができません.ここからコンテンツです。career.再生医療普及のカギを握る「iPS細胞の量産化」への挑戦iPS細胞を用いた再生医療は、病気を根本から治療する革新的な医療として大きな期待が寄せられている。その実用化には多くの壁が存在する。iPS細胞を大量に効率よく量産することができないことである。沼野利佳准教授は、その壁を破る革新的な技術として、液滴エレクトロポレーション法を開発し、新法によるiPS細胞の量産化を手がけている。これは、細胞と導入したい山中因子(細胞の初期化を促す遺伝子)を封入した液滴に、電圧を印加することで細胞表面に開いたわずかな孔から遺伝子が導入されるという革新的な手法だ。従来のウイルス感染法に比べて、iPS細胞ががん化しにくく、少ない細胞で簡便に作製できるという。将来、移植に適応可能なiPS細胞の量産化を実現する新手法として注目が集まる。ウイルスに頼ることなく、簡便にiPS細胞を作製する京都大学の山中伸弥教授が、皮膚や血液などの体細胞に4つの因子を導入することで、細胞が初期化し、分化多機能性を持つiPS細胞になることを示して、2012年にノーベル生理学・医学賞を受賞したことはよく知られている。このiPS細胞を用いた再生医療は、失われた身体の機能や欠損を取り戻し、病気や怪我の根治を実現する革新的な医療として、世界中から大きな期待が寄せられている。現在、このiPS細胞を用いた臨床研究が進められているが、実用化の障壁となっているのが、均質な性質を持つiPS細胞の作製の難しさと、実際にiPS細胞になる細胞が1%程度という、作製効率の悪さだ。従来、iPS細胞の作製には、山中因子を細胞に導入するためにウイルスが用いられてきたが、これが原因で細胞ががん化し、腫瘍ができることがあった。ウイルス由来配列の残存などの危険性も指摘されている。そこで現在、ウイルスを用いずにiPS細胞を作製する方法が検討されているが、そうするとさらに作製効率が落ちてしまう。iPS細胞の作製・培養には熟練した専門技術者が必要なうえ、コンタミネーション(汚染)を防ぐための特殊な施設管理体制も必要になる。「そこで、私たちが開発したのが、液滴エレクトロポレーション(電気穿孔法)によるiPS細胞の作製です。細胞膜は油の層でできているのですが、瞬間的に静電気ほどの数kV級の電圧をかけてやると、細胞膜が緩んで、微細な孔ができ、そこから山中因子を取り込むことができると考えられるのです。ウイルスを用いる必要はありません。ところが、市販のエレクトロポレーション装置の場合、高い電圧の電気パルスを発生させるための高価なパルスジェネレーターが必要なうえ、これを用いると、半分以上の細胞が死滅してしまいます。そこで我々は、市販品と異なる直流電解を用いて、簡便に、高効率にiPS細胞をつくることができる、細胞にやさしい作製装置を開発しました」と、沼野准教授は説明する。オンチップiPS細胞で量産化を狙うそのしくみは、絶縁体である油相の中に、細胞と4つの山中因子を入れた数μlほどの液滴を垂らし、金属電極から直流電解をかけるというものだ。すると、球状の液滴が反応して、1分間に数百回ほど、プラス極とマイナス極の間を行ったり来たり、素早く往復運動を繰り返すようになる。「水と油が混ざり合わない性質を利用しているわけですね。最初の帯電で、液滴がたとえばマイナス極のほうに引き寄せられて接触すると、今度は極性がマイナスに反転して反発し、プラス極へ向かいます。これを何度も繰り返す中で、液滴が往復運動し、その間に微弱な電流が流れ、細胞膜が緩んで、山中因子が細胞の中に導入されるのです。反応場である液滴は数μl程度と小さいものの、この中に約1万個の細胞と山中因子である4種類の遺伝子が入っていて、効率よく遺伝子を細胞に導入することができます。液滴のまわりは油相で隔てられているため、反応場がコンタミネーションする心配もありません」(沼野准教授)特筆すべきは、高い電圧をかけても液滴に流れる電流自体は非常に微弱で、細胞にはほとんど影響しないことにある。この液滴を採取して培養液に入れてiPS細胞を培養するまで、一連の工程には難しい作業は不要で、自動化もしやすいという特長がある。「チップ状のマイクロ流路の中の数pl(ピコリットル)ほどの液滴でこの実験系を展開すると、さらに反応場が小さくなることで、遺伝子の拡散効率が高まり細胞により入りやすくなると考えられます。System)の研究者で、細胞穿刺用のマイクロニードルアレイの開発などを手がけてきた柴田隆行教授や、静電操作技術を生命科学へ応用されている栗田弘史助教らと共同で進めている。iPS細胞を使った再生医療としてパーキンソン病治療の臨床研究に取り組んでいますが、順天堂大学のゲノム・再生医療センター赤松和土先生に、私たちが作製したiPS細胞の機能分化の特性について調べていただいているところです。これまで治療が困難とされてきた神経の変性疾患に関する臨床研究が始まっています。細胞をいっぺんに操作することで、病気の治療に役立てたいところで、沼野准教授自身がiPS細胞に関わるようになったのはここ数年のことだが、それまではおもに哺乳類の概日リズムを制御する研究を手がけてきた。「地球上のすべての生物は24時間周期の概日リズムを刻んでいますが、これを支えているのが、20種類ほどある、時計遺伝子と呼ばれる遺伝子で、これらが脳の中で24時間周期で関連しながら機能しています。これは非常に強固なシステムで、数個の遺伝子変異が起こったくらいでは、簡単には壊れません。時計遺伝子をコントロールしようとするなら、いっぺんにたくさんの遺伝子を操作する必要があるのです」と沼野教授は語る。日本から渡米した場合、目から入った光の刺激で、脳の時計遺伝子が影響を受けて、現地時間にリセットする調整を促す。体全体の時計を何時間も一気に動かすのは難しく、末梢組織の時計は脳の時計との同期に時間がかかるため、時差ボケに悩まされることになるのだという。「そこで、遺伝子による概日リズム形成のメカニズムを解明し、それをいっぺんに調整することで、生理現象を変えられないか、たとえば時差ボケを一気に解消するとか、派生的に起こる病気の治療法に役立てられないかと考えてきました」そうした中で出合ったのが、たくさんの遺伝子を一気に操る手段としてのエレクトロポレーションだった。この方法を活用すれば、がん細胞を特異的に攻撃するCAR(キメラ抗原受容体発現)-T細胞を改善するような遺伝子を入れて、がん治療に役立てることもできるかもしれない。「この手法を発展させれば、iPS細胞だけでなく、さまざまな遺伝子操作にも活用できるでしょう。どれくらいの遺伝子が入るのか、どういう種類の細胞なら機能調節ができるのかなど、研究を深めていきたいと考えています」と、沼野准教授は展望を語った。勤めていたお父様が家に帰ってくるなり、「今日は患者さんが亡くなった」と肩を落とす姿を見ることもあったという。「医者になろうかとも思いましたが、親の姿を見るにつけ、病気を根本から治したり、予防したりすることができればと考えるようになり、基礎研究の道に進むことにしました」と沼野准教授は語る。折しも、学生時代にヒトゲノム計画が始まり、より上流で病気を食い止める研究が進展しつつあった。研究室で博士の学位を取得し、その後、豊橋技科大へ。以後、10年に渡り、多様な研究者や企業とのコラボレーションにより、夢を実現しつつある。その笑顔は、明るくたおやかで、ベテラン医師のような安心感がある。今後のさらなる活躍に期待しています。2019ここでコンテンツ終わりです。reserved.ページトップへ。