iPS細胞由来の膵島、浮遊培養で12倍

Dadheech、Shapiroらが2025年にnpj Regenerative Medicine誌に発表した論文は、この壁を崩せるかを確かめました。ヒトiPS細胞体細胞を初期化して作る多能性幹細胞。同一株から繰り返し分化・製造でき均質性を高めやすい。詳しく →をVertical Wheel(バーティカルホイール)型のバイオリアクターに入れ、浮遊培養細胞を容器壁に付着させず液中に浮遊させて増やす培養。バイオリアクターでの大容量化に向く。詳しく →のまま膵島様細胞(SC-islet)へと分化させています。反応槽を0.1 Lから0.5 Lへ5倍に大きくしたところ、膵島等価数(IEQ)は15,005から183,002へと12倍に増えました。しかも、膵島としての構造は保たれたままだったと報告しています。

本稿では、この論文がスケールを上げてもなぜ質を落とさずに済んだのかを確かめたうえで、実在する浮遊培養用バイオリアクターに照らして、この結果がどこまで臨床規模に近いのかを5分でたどります。

この論文が言っていること

論文の軸は、iPS細胞から膵島様細胞への分化を、最初から最後まで浮遊培養だけで完結させ、そのままスケールを上げるという設計にあります。途中で平面培養に戻したり、細胞を回収して播き直したりする工程を挟まないところが要点です。

Vertical Wheel型のバイオリアクターは、槽の中心で羽根を回して培養液を混ぜる方式です。細胞の凝集塊(スフェロイド細胞を立体的に凝集させた塊。腫瘍を模した3D培養などに使う。詳しく →)にかかるせん断応力撹拌や通気で細胞にかかる引きちぎる力。強すぎると細胞が傷つくため制御が要る。詳しく →を低く抑えながら、槽全体を均一に混ぜられる構造を持っています。論文はこの反応槽を0.1 Lから0.5 Lへと体積で5倍に拡大しましたが、得られた膵島等価数(IEQ)は15,005から183,002へと12倍に伸びました。体積の伸び以上に収量が伸びる結果です。しかも量が増えただけでなく、質も保たれていました。

得られた細胞のうち、NKX6.1やISL1といった成熟β細胞のマーカーを複数陽性とする分画は、全体の約63%を占めています。グルコース微生物発酵でエネルギー源となる糖類などの炭素源と、目的遺伝子の発現を促す誘導物質のことです。詳しく →濃度の変化に応じたインスリン分泌も、3.9倍から6.1倍の幅で確認されています。そのうえで、ストレプトゾトシン(STZ)を投与して人為的に糖尿病にしたマウスに、この細胞を移植しました。30日目までに、移植した15匹のうち半数以上が血糖正常化に達しています。60日目までには、15匹全例で糖尿病の改善が確認されたと報告されています。

スケールを上げても質が落ちない浮遊培養の設計を示した点に、この論文の核心があります。

浮遊培養バイオリアクターを実在の技術で追う

論文が使ったVertical Wheel型のバイオリアクターを実在の製品名で示しているのが、PBS Biotechの製品群です。研究段階で使うPBS-Mini(0.1 L・0.5 L)から、中間スケールのPBS-3(3 L)、さらに大型のPBS-80まで、製品群が広がっています。いずれも同じ羽根の構造を保ったまま、スケールを上げられる設計です。せん断流れの中で分子にかかる物理的な力。強すぎると抗体の凝集や微粒子発生を招く。詳しく →応力を抑えたまま槽全体を均一に混ぜるという設計思想は、スケールが変わっても培養条件を大きく組み直さずに済むという利点につながります。論文が0.1 Lから0.5 Lへの拡大で質を落とさなかった背景には、この設計がそのまま効いています。iPS細胞の浮遊培養そのものは、EppendorfのBioBLUやSartoriusのBiostat STRのような撹拌槽撹拌翼で機械的に混ぜ、スパージャーで通気する最も標準的なバイオリアクターの型式。詳しく →でも行われています。ただし、小さな羽根を高速で回す一般的な撹拌方式と、槽の直径いっぱいに広がる羽根をゆっくり回すVertical Wheelとでは、細胞にかかる力のかかり方が違います。

とはいえ、0.5 Lはまだ研究開発の規模です。実際に患者1人分の移植量をまかなうには、さらに大きな反応槽で同じ質を再現する必要があります。PBS-80のような大型機種が同じ12倍という伸び方をそのまま再現するかは、この論文からは分かりません。

この論文だけでは決まらないこと

この論文が確かめたのは、マウスの糖尿病モデルでの機能回復です。ヒトの1型糖尿病患者にそのまま同じ効果が出るかどうかは、別の臨床試験を要します。移植した細胞が長期にわたって免疫拒絶やテラトーマ多能性細胞が体内で複数種の組織を含む腫瘍を作る現象。残存未分化細胞による造腫瘍性の代表例。形成を起こさずに機能し続けるかどうかも、この論文の観察期間だけでは分かりません。

もう1つ触れていないのが、分化前後で残る未分化iPS細胞をどこまで取り除けているかという点です。iPS細胞由来の細胞治療では、この残存未分化細胞iPS細胞などに由来する製品で、分化しきらず腫瘍化する恐れのある細胞が残っていないか調べる安全性評価です。詳しく →が造腫瘍性のリスクとして規格で管理されます。論文はβ細胞マーカー陽性の分画が約63%だったと報告していますが、残りの分画に未分化細胞がどれだけ含まれるかについては、詳細は分かりません。

論文は浮遊培養のままスケールを上げても質が落ちないことを示しました。ヒトでの安全性と、患者1人分に足りる規模での再現は、この論文の外にある検討課題です。

参考文献

• Dadheech N, Bermúdez de León M, Czarnecka Z, Cuesta-Gomez N, Tewari Jasra I, Pawlick R, Marfil-Garza B, Sapkota S, Verhoeff K, Razavy H, Anwar P, Singh A, Ray N, O'Gorman D, Jickling G, Lyon J, MacDonald P, Shapiro AMJ. Scale up manufacturing approach for production of human induced pluripotent stem cell-derived islets using Vertical Wheel® bioreactors. npj Regenerative Medicine. 2025;10:24.
• PBS Biotech, Vertical-Wheel Bioreactor Products（製品情報）

※ 本ページは公開情報をもとにしたProglenth編集部による整理です。詳細・数値は一次情報もあわせてご確認ください。