エクソソーム（細胞外小胞）治療の製造と品質の考え方

もっとも、産業や規制の場面ではエクソソームという言葉より、細胞外小胞（EV：extracellular vesicle）という上位概念で語ることが増えています。エクソソーム（細胞内の多胞体を経て分泌される小胞）と、細胞膜から直接出芽するマイクロベシクルは、大きさが重なり、精製後に厳密に区別することが難しいためです。国際学会（ISEV）のガイドラインも、由来を確定できない限りはEVという総称を用いることを推奨しています。本記事でも、製造・品質の話は基本的にEVとして扱います。

EV治療の製造は、生きた細胞そのものを製剤にするMSC製剤（MSC製造とは？ロット間差の課題と継代数による品質低下・特性解析）とも、精製されたタンパク質医薬とも違う難しさを抱えています。ナノサイズで不均一な粒子集団を、細胞培養上清という「夾雑物（きょうざつぶつ）だらけのスープ」から取り出し、しかも粒子数や純度で規格化しなければなりません。本記事では、産生・分離精製・キャラクタリゼーション・規格化と規制という順に、原理と勘所、そして今の限界を整理します。

EVとは何か：エクソソームという言葉の扱い

まず用語を整理します。細胞外小胞（EV）は、細胞が細胞外へ放出する膜で囲まれた粒子の総称です。生成経路によって、多胞体（マルチベシキュラーボディ）を経て分泌される小型のエクソソーム、細胞膜から直接出芽するマイクロベシクル、アポトーシス時に生じるアポトーシス小体などに分けて説明されます。

問題は、精製したあとの粒子を経路で見分けるのが難しいことです。大きさの分布は重なり、共通の膜タンパク質を持つものも多く、「これはエクソソームだ」と単一の指標で断定できる決め手が今のところありません。そのためISEVのMISEVガイドラインは、生成経路を実証できない場合はエクソソームと断定せず、サイズ帯や密度で修飾したEV（例：小型EV＝small EV）と呼ぶことを勧めています。

製造・品質を語るうえでは、エクソソームを名乗る前に、まずEVという総称と複数指標での特徴づけから入るのが堅実な出発点になる。

産生：細胞ソースと無血清培養

EVの素性は、それを出す細胞（親細胞・ペアレントセル）でほぼ決まります。MSC由来が開発の中心ですが、どの組織由来のMSCか、どのドナーか、何代目まで継代したか、どんな刺激を与えたかで、放出されるEVの量や積み荷（カーゴ）が変わります。つまりEV製造の再現性は、上流の細胞培養の再現性に強く縛られます。ここはMSC製剤づくりと共通する土台で、細胞バンク（MCB／WCB）による素性の固定が効いてきます。

培養条件で最大の論点が血清の扱いです。従来のウシ胎児血清（FBS）にはウシ由来のEVが大量に含まれており、これが製品に混ざると「どこまでが目的の細胞由来か」が分からなくなります。あらかじめ超遠心などでEVを除いたEV除去血清を使う手もありますが、除去は完全ではありません。そのため実務では、血清を含まない間葉系幹細胞（MSC）培養培地などの無血清・化学的組成の定まった培地への移行が、EVの純度確保という観点からも重視されます。

産生量を稼ぐ工夫として、低酸素やサイトカインなどでEV放出を促す刺激、灌流（かんりゅう）培養やホローファイバー型のバイオリアクターで細胞を高密度に保ちながら上清を回収し続ける方式、中空糸で細胞を保持しつつ小分子を交換する細胞保持デバイスの活用などが検討されます。ただし刺激によってEVの積み荷が変わりうるため、量と質はしばしばトレードオフになります。

EVの品質は親細胞の素性で決まり、血清由来EVの混入を避ける無血清培養が純度の前提になる。産生量を上げる刺激や高密度培養は、積み荷の変化とのトレードオフを見ながら選ぶことになる。

分離精製：遠心・TFF・SEC・アフィニティの長短

回収した培養上清には、目的のEVのほかに、遊離タンパク質、リポタンパク質、核酸、培地成分、そして細胞デブリ（残骸）が混在します。ここから数十〜百数十ナノメートルのEVだけを取り出すのが分離精製で、単一の万能法はなく、目的（純度重視か、収量重視か、スケールか）に応じて手法を組み合わせるのが実情です。代表的な四つを整理します。

まず**分画超遠心（differential ultracentrifugation）**は、遠心力を段階的に上げて大きい粒子から順に沈め、最後に高速で（一般に10万×g（相対遠心力）前後の目安で、装置・ローターにより異なります）EVを沈降させる古典的な基準法です。超遠心機さえあれば追加試薬が少なく研究では広く使われますが、処理量が小さくスケールしにくいこと、強い遠心力でEVが凝集・損傷しやすいこと、リポタンパク質など密度の近い夾雑物が残りやすいことが弱みです。密度勾配を併用すると純度は上がりますが、手間と時間が増えます。

次に**接線流ろ過（TFF：tangential flow filtration）**は、膜面に平行に液を流しながら小さな成分を透過させ、EVを膜で保持して濃縮・バッファ交換する方式です。処理量を上げやすく製造スケールに向くのが最大の利点で、EVへの剪断（せんだん）ストレスも超遠心より穏やかとされます。原理と終点管理は抗体などの限外ろ過／ダイアフィルトレーション（UF/DF）とTFFの基礎と共通で、TFFシステムにTFF中空糸（ホローファイバー）やTFFカセットを組み合わせて使います。膜の孔径選定と、EVサイズに近い夾雑物との分離が悩みどころで、多くの場合、後段のポリッシュ精製と組み合わせます。

**サイズ排除クロマトグラフィー（SEC：size exclusion chromatography）**は、多孔性樹脂のカラムに通し、大きいEVは樹脂の孔に入れず速く流出、小さい遊離タンパク質は孔に入り遅れて出てくる、という「サイズによる時間差」で分ける方法です。EVをやさしく分離でき、遊離タンパク質の除去に優れます。SEC-HPLCやSEC樹脂を用い、TFFで濃縮したあとのポリッシュ工程として据えると相性が良い一方、希釈されやすく、大量処理では樹脂容量とバッファ量が課題になります。

アフィニティ精製は、EV表面の特定マーカー（後述のCD9/63/81など）や膜脂質に結合するリガンドで、狙った集団だけを捕まえる方式です。純度・特異性は最も高くなりうる反面、抗体などリガンドのコストが高く、溶出条件でEVを傷めないか、特定マーカーを持たないEVを取りこぼさないか、という懸念があります。

単一の理想的な精製法はなく、スケールに強いTFFで濃縮し、SECやアフィニティで純度を仕上げる組み合わせが実務の定石になる。純度・収量・スケール・EVへの穏やかさは、しばしば互いに引き合う。

キャラクタリゼーション：粒子数・マーカー・純度

EVは不均一な粒子集団なので、一つの物差しでは特徴づけられません。国際的には、量（粒子数と総タンパク量）・サイズ・表面と内部のマーカー・純度を、複数の直交した（原理の異なる）手法で示すことが求められます。順に見ます。

粒子数とサイズの主力が、ナノ粒子トラッキング解析（NTA：nanoparticle tracking analysis）です。液中を漂う個々の粒子のブラウン運動をレーザーで追い、動きの速さから直径を、視野内の数から濃度（粒子数／mL）を推定します。1粒子ずつ数えられるのが強みですが、屈折率の近い夾雑物とEVを見分けられない点は割り引いて解釈します。粒径分布の把握には動的光散乱（DLS）も併用されますが、DLSは集団平均を見るため大粒子に感度が偏り、単独では不均一なEVの評価に不向きです。

表面マーカーでは、エクソソーム系EVに多いとされるテトラスパニン（CD9・CD63・CD81）などの膜タンパク質を陽性指標として確認します。あわせて、EV内部にあるはずのタンパク質（TSG101、シンテニンなど）の存在と、小胞体など他の細胞小器官由来タンパクが混じっていないこと（陰性指標）まで示すのがMISEVの考え方です。定量にはウェスタンブロットやELISA、微小な粒子を捕捉して解析する専用のフローサイトメトリーが使われます。ただしCD9/63/81はすべてのEVが一様に持つわけではなく、単一マーカーの有無だけで「エクソソームだ」と決めつけないのが要点です。

純度は、目的EVに対して夾雑物がどれだけ少ないかで見ます。一つの目安として、粒子数（NTA）を総タンパク量で割った「タンパク質あたりの粒子数」が使われ、値が大きいほど遊離タンパクの混入が少ない＝純度が高いと解釈します。ただしこれは単一の合格基準が定まった指標ではなく、装置・測定条件で値が動くため、あくまで工程間の比較や傾向管理の道具として扱います。形態の直接確認には電子顕微鏡（EMで、脂質二重膜に囲まれたカップ状の像）が、混入する遊離タンパクやリポタンパク質の把握にはLC-MSなどが補完的に用いられます。

EVの特徴づけは、粒子数・サイズ・複数の陽性/陰性マーカー・純度指標を、原理の異なる複数手法で束ねて示すのが基本で、どれか一つの値で品質を語らないことがMISEVの中核的な考え方になる。

規格化とロット間差、そして規制の未成熟

ここまでの難しさが集約されるのが、規格（スペック）の設定とロット間差の管理です。低分子や抗体なら構造が決まっており、含量・純度・力価を明確な数値で規定できます。EVは不均一な粒子集団で、しかも作用機序（どの積み荷が効いているのか）が一本に定まらないことが多く、「何をもって同じ製品と見なすか」という規格化の土台自体がまだ発展途上です。

具体的な変動要因は上流から下流まで連なります。親細胞のドナー差・継代数、培養条件やコンフルエンシー、上清の回収タイミング、精製法による回収率と純度のばらつき——これらが重なって、粒子数・サイズ分布・積み荷・純度がロットごとに動きます。管理の考え方はMSC製剤と共通で、細胞バンクで素性を固定し、工程パラメータを狭く管理し、複数指標で各ロットを特徴づけて許容範囲内に収める、という積み上げになります。

とりわけ悩ましいのが効力（ポテンシー）試験です。EVの働きは複数の積み荷が関わり多面的なため、単一の活性値で代表させにくく、標準化された効力試験の確立は各開発プログラムの重い課題です。特定のマーカーやカーゴを代理指標に置く、あるいは目的とする生物学的作用を反映する細胞アッセイを用いる、といった検討が進みますが、決定版はまだありません。安全性の面では、無菌性・エンドトキシン（エンドトキシン試験）・製造由来の残留成分の管理が、他の生物学的製剤と同様に求められます。

規制の枠組みも整備の途上です。ISEVのMISEVは研究・報告の最低要件として広く参照され、事実上の共通言語になっていますが、これは製品承認基準そのものではありません。薬局方（USPやPh.Eur.）でもEVの一般章の整備が進みつつある段階で、当局の評価も個別品目ごとの積み上げが中心です。裏を返せば、精製法・特徴づけ・規格の考え方をデータで論理的に説明できることが、この領域では特に重視されます。

EVは不均一で作用機序も一本化しにくいため、規格化と効力試験の標準化が最大の難所であり、規制も発展途上にある。細胞バンクによる素性固定・工程管理・複数指標での特徴づけを積み上げ、その論理を説明できることが実務の要になる。

まとめ

エクソソーム／細胞外小胞（EV）治療の製造は、親細胞の素性がすべての起点になります。無血清培養で血清由来EVの混入を避けつつ産生し、TFFで大量に濃縮してSECやアフィニティで純度を仕上げる——単一の万能法はなく、純度・収量・スケール・穏やかさのトレードオフを見ながら手法を束ねます。評価も同様で、粒子数（NTA）・サイズ・複数の陽性/陰性マーカー（CD9/63/81など）・純度指標を、原理の異なる手法で組み合わせて特徴づけます。

そのうえで最大の難所が、不均一な粒子集団をどう規格化し、多面的な作用をどう効力試験に落とすか、という点です。ここは規制の枠組み自体がまだ発展途上で、単一の合格基準に頼れません。だからこそ、細胞バンクによる素性の固定・工程パラメータの狭い管理・複数指標での積み上げと、その論理を説明できることが、EV治療の製造と品質を支える中心的な考え方になります。

参考文献

ガイドライン・基準

• ISEV（International Society for Extracellular Vesicles）— 学会公式サイト。EV研究・報告の国際的な枠組みを提供。https://www.isev.org/
• USP（United States Pharmacopeia）— 医薬品品質基準を策定する米国薬局方。EV関連の一般章整備が進行中。https://www.usp.org/

主な文献

• Théry C, Witwer KW, et al. Minimal information for studies of extracellular vesicles 2018 (MISEV2018): a position statement of the International Society for Extracellular Vesicles and update of the MISEV2014 guidelines. Journal of Extracellular Vesicles. 2018;7(1):1535750. DOI: 10.1080/20013078.2018.1535750. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30637094/
• Welsh JA, Goberdhan DCI, et al. Minimal information for studies of extracellular vesicles (MISEV2023): From basic to advanced approaches. Journal of Extracellular Vesicles. 2024;13(2):e12404. DOI: 10.1002/jev2.12404. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38326288/
• Kalluri R, LeBleu VS. The biology, function, and biomedical applications of exosomes. Science. 2020;367(6478):eaau6977. PMID: 32029601. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32029601/