間葉系幹細胞のばらつきを乗り越える
分化予測・制御方法
東京都立大学
システムデザイン学部
機械システム工学科
准教授

三好 洋美

2021年7月8日

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医療・バイオ産業の間葉系幹細胞への期待
組織再生

採取・単離

炎症性疾患の治療
急性肺障害，急性呼吸窮迫症候群に対しても治療効果があるとされる．
COVID-19の治療に有効なのではないかと期待が持たれている．

投与
増殖

移植機能付与2

医療・バイオ産業の間葉系幹細胞への期待

検索日：2021年6月16日

臨床試験登録サイト 米国国立医学図書館
https://clinicaltrials.gov/ct2/home

全世界で実施されたさまざまな疾患に対する臨床登録サイトに1000件を超える臨床試験3

国内市場規模治療に適した間葉系幹細胞を選別し培養するニーズは今後、加速すると考えられる。
細胞加工受託サービスの市場規模
・2018年の臨床研究や治験薬製造の受託ニーズを背景に53億4000万円（前年度比118.9％）で大幅に拡大．
・2030年には130億円になると予測される．
間葉系幹細胞を用いた医師主導型臨床試験
・現在、難治性疾患を対象とするものがほとんど（大学病院医療情報ネットワークセンターより）
例：難治性腸疾患の国内患罹数は20万人（2016年厚生労働省調べ）

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間葉系幹細胞の課題
厳密な定義が確立されていない

Sipp et al., Nature, 20185

間葉系幹細胞の課題
質の不安定性
採取・単離

体外での長期培養

増殖投与

増殖性の低下生着率の低下機能付与（分化誘導）
分化能の低下移植

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間葉系幹細胞の課題解決のための新技術
質の不安定性
採取・単離

体外での長期培養

増殖投与

増殖性の低下生着率の低下機能付与（分化誘導）
分化能の低下移植

１．間葉系幹細胞集団の骨芽細胞分化ポテンシャルの予測方法
２．細胞培養用基板および間葉系幹細胞の分化制御方法
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課題解決のアプローチ
１．間葉系幹細胞集団の骨芽細胞分化ポテンシャルの予測方法
２．細胞培養用基板および間葉系幹細胞の分化制御方法
物理特性を制御した細胞培養基板を利用

細胞

ヒト

触れることで固さや構造を感知

分化培養基板の固さや構造が，細胞の運命を決める！
Engler et al. Cell (2006)
Dalby et et al. Nat Mater (2007)

動き増殖8

間葉系幹細胞の課題解決のための新技術
１．間葉系幹細胞集団の骨芽細胞分化ポテンシャルの予測方法
特願2020-166138；Yamazakiら, Analytical Sci. (2021)

採取・単離
軟骨細胞自己複製投与

分化増殖

移植

間葉系幹細胞機能付与

予測

脂肪細胞

骨芽細胞

柔らかいゲル（弾性率 < 5 kPa）
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間葉系幹細胞の課題解決のための新技術
間葉系幹細胞集団の骨芽細胞分化ポテンシャルの予測方法
柔らかいゲル（スチレン化ゼラチン；弾性率 < 5 kPa）を培養基板として用いた４日間の予備培養にて，間葉系幹細胞集団の骨芽細胞分化ポテンシャルを予測できる．

①播種②4日間培養柔らかいゲル（スチレン化ゼラチン）
Kuboki and Kidoaki,Methods Mol. Biol. (2016)③RUNX2の核局在細胞の割合を計測

RUNX2核局在率と分化能は逆相関

特願2020-166138；Yamazakiら, Analytical Sci. (2021)

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検証結果
間葉系幹細胞集団の骨芽細胞分化ポテンシャルの予測方法
1.2 kPa

1.8 kPa

5.3 kPa

7.8 kPa

細胞集団
A

23.1 kPa 骨芽細胞
分化能50 µm

核1.0 kPa

2.2 kPa

6.5 kPa13.4 kPa 29.1 kPa

細胞集団
B
細胞質

核

0.8 kPa

1.9 kPa

4.5 kPa10.2 kPa26.9 kPa

細胞集団
C
細胞質

核

特願2020-166138；Yamazakiら, Analytical Sci. (2021)

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競合技術に対する優位性
間葉系幹細胞集団の骨芽細胞分化ポテンシャルの予測方法

１．細胞に分化誘導をかけて分化効率を評価し確認する方法．
時間的コストが課題．
数週間（競合技術） vs 4日間（本研究）２．セルソーター
分化ポテンシャルとの相関が不明確，大量の細胞数を要する．
作業が煩雑であることが課題
100,000細胞以上（競合技術） vs 1,000細胞程度（本研究）12想定される用途
間葉系幹細胞集団の骨芽細胞分化ポテンシャルの予測方法【基礎研究】
研究に適したロットの選択．
【臨床応用】
間葉系幹細胞を細胞供給源とする骨組織全般（運動器，歯周組織等）の再生医療における細胞移植の治療効果の予測．

採取・単離投与
増殖
移植

機能付与

【想定される製品形態】
RUNX２染色試薬、スチレン化ゼラチンコーティング培養シャーレ、骨芽細胞分化予測プロトコールを含む研究用試薬キットとして販売

13実用化に向けた課題
間葉系幹細胞集団の骨芽細胞分化ポテンシャルの予測方法
課題
運搬，保管における品質管理が難しい
温度，pH，塩濃度変化により低域の弾性率がゆらぎやすい
課題解決向けて必要な取り組み➀培養基材としてのスチレン化ゼラチンの保存性・安定性の検討（コーティング剤/コーティング済み培養シャーレ）➁弾性率（ < 5 kPa）維持の検討

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間葉系幹細胞の課題解決のための新技術
２．細胞培養用基板および間葉系幹細胞の分化制御方法
特願2019-062622；山崎ら, 電気学会論文誌C. (2021)

骨芽細胞への分化偏向を抑制し質の低下を抑制する

採取・単離投与
増殖移植

固い基板
サブミクロン柱状構造付与

機能付与

骨芽細胞へ分化偏向
質の低下

固い基板
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検証結果
細胞培養用基板および間葉系幹細胞の分化制御方法
サブミクロン柱状構造による骨芽細胞分化抑制
辺長：200 nm, 配置間隔：300 nm,
高さ：150 nm
Day 3Day 14

Scale bars, 100 mm

ALP染色率（％）（ ∝ 骨芽細胞分化偏向）

FlatPillar

Day 0

辺長：200 nm

200 nm

特願2019-062622；山崎ら, 電気学会論文誌C. (2020)16

競合技術に対する優位性
細胞培養用基板および間葉系幹細胞の分化制御方法
性状が安定：運搬，保管，拡大培養に適スケールアップ可能
競合技術
弾性率
特徴(kPa)低弾性率
Gerard, Sci Rep,
2019

弾性率
パターニング
Kidoaki, Biophys Rev,
2019

接着領域
パターニング< 1510|300

1 × 106

幹細胞性維持,コロニー増加
幹細胞性維持幹細胞性維持Wang, J Mater Chem,
2016

三次元培養
日産化学製
キット*

ー

幹細胞性向上,
非凍結保存

温度，pH，塩濃度変化により低域の弾性率がゆ
らぎやすい・細胞のECM分
泌によるパターン欠損．
・細胞増殖（分裂）に不適合．
細胞増殖なし実用化の課題運搬，保管，拡大培養に不適

拡大培養に不適

ス
ケール
アッ
プのボトル
ネック

17想定される用途
細胞培養用基板および間葉系幹細胞の分化制御方法【基礎研究】
実験前の拡大培養【臨床応用】
・間葉系幹細胞を細胞供給源とする再生医療全般．
・間葉系幹細胞を投与する
再生医療全般．

採取・単離投与
増殖移植

機能付与【想定される製品形態】
細胞培養容器，細胞輸送容器

18実用化に向けた課題
細胞培養用基板および間葉系幹細胞の分化制御方法

・サブミクロン柱状構造付与基板における- 骨芽細胞以外の細胞への分化偏向の有無- 増殖性低下の有無の確認

・サブミクロン柱状構造付与基板の大面積化

骨芽細胞

脂肪細胞分化運命の競合
Chen et al.,Dell Death Differ (2016)19企業への期待１．間葉系幹細胞集団の骨芽細胞分化ポテンシャルの予測方法
２．細胞培養用基板および間葉系幹細胞の分化制御方法
・本特許の実施許諾を念頭に企業と共同で，培養基板（製品）としての保存性・安定性（スチレン化ゼラチンゲル），大面積化（サブミクロン柱状構造付与基板）の課題を解決したい．
・ライフサイエンス試薬販売企業、製薬企業、プラスチック・プリントヘッド・ディスプレイ等製造メーカーの技術による課題解決を期待している．
製品・サービス：
１．間葉系幹細胞の品質管理，治療効果の予測
２．細胞培養容器，細胞運搬容器
顧客：
大学・臨床検査会社・病院・細胞加工委託会社（CPCなど大規模細胞加工施設を持つ会社）等
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本技術に関する知的財産権• 発明の名称• 出願番号• 出願人• 発明者• 発明の名称•• 出願番号• 出願人• 発明者：細胞培養用基板および間葉系幹細胞の分化制御方法：特願2019-062622：東京都公立大学法人：三好洋美、山崎雅史：間葉系幹細胞集団の骨芽細胞分化ポテンシャルの予測方法：特願2020-166138：東京都公立大学法人：三好洋美、藤江裕道、山崎雅史、木戸秋悟
21産学連携の経歴
研究費獲得実績（技術開発・実用化関連）
・2011年-2012年 JST 研究成果最適展開支援プログラム A－STEP・2012年-2013年 JST 研究成果最適展開支援プログラム A－STEP・2015年-2019年 日本医療研究開発機構（AMED） PRIME
・2021年
JST 研究成果最適展開支援プログラム A－STEP

企業との連携（過去5年以内）
・共同研究：2社
・技術指導：4社

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お問い合わせ先
東京都公立大学法人
産学公連携センター URAライン
ＴＥＬ 042-677-2829
ＦＡＸ 042-677-5640
e-mail ragroup@jmj.tmu.ac.jp

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