FEATURED ARTICLES

次世代を切り開く破壊的技術の創生

オープンイノベーションで拓く
再生医療の未来
再生医療は，これまで有効な治療法のなかった難病の根治を可能にする革新的医療として大きな期待を集めるが，その実用化と普及に向けては克服すべき課題がある。日立は2017年に日本最大級のバイオメディカルクラスターである神戸医療産業都市に日立神戸ラボを開設し，日立独自の完全閉鎖系自動培養技術を核に，再生医療の主要課題である細胞の安定的製造とコストの合理化による，再生医療の普及をめざしている。
本稿では，iPS細胞を利用した網膜疾患やパーキンソン病克服に寄与する再生医療の実用化と産業化に向けて，アカデミアならびに産業界のトップリーダーとともにオープンイノベーションで推進している最前線での取り組みについて述べる。

半澤 宏子｜ Hanzawa Hiroko
加藤 美登里｜ Kato Midori
大山 国夫｜ Ohyama Kunio
松本 絵里乃｜ Matsumoto Erino
木山 政晴｜ Kiyama Masaharu
斉藤 洸｜ Saito Hikaru
武田 志津｜ Takeda Shizu

製造における自動培養装置の実用化に向けて取り組んでいる。

1. はじめに

本稿では,神戸医療産業都市における日立神戸ラボの取り組みを紹介するとともに，再生医療が拓く未来につ2006年に京都大学の山中伸弥教授らによりヒト人工多いて考察する。

1）

能性幹細胞［iPS細胞（induced Pluripotent Stem Cell）］が創生された。それから10年以上が経過し，日本発の研究成果であるiPS細胞は再生医療の分野において，さま2. iPS細胞を用いた再生医療

ざまな難治性の疾患に対する革新的な治療を支える基盤

112として，その実用化に向けて新たな段階を迎えている。

再生医療の市場規模は，さまざまな疾患に対するiPS

このような状況を背景に日立は，再生医療の普及への貢細胞由来の細胞の臨床実用化に向けた取り組みが後押し献をめざし，2002年度から完全閉鎖系を特徴とする細胞する形で，2020年以降に市場が急成長することが見込ま自動培養装置の開発を行ってきた。2017年には研究開発れており，2030年には世界規模で17兆円の市場に拡大す拠点を埼玉県鳩山町から兵庫県神戸市の神戸医療産業都ると予測されている2）。

市に移転し，積極的にオープンイノベーションを推進し国立研究開発法人理化学研究所の髙橋政代プロジェクている。また，再生医療分野のトップリーダーとの協創トリーダーらは，2014年，世界で初めて患者自身の表皮により開発を加速している。これにより，医療用の細胞組織から作製したiPS細胞由来の網膜色素上皮（RPE：Retinal Pigment Epithelium）細胞シートを加齢黄班変性調製するため，前述のとおり調製にかかる時間と高額なの患者に移植（自家移植）し，術後2年の経過が良好でコストが課題となる。一方他家移植は，他者のiPS細胞を3）あったことを報告した 。この業績は高い評価を受けた

大量に作製し，必要に応じて目的の組織や細胞を調製すが，iPS細 胞 か ら 治 療 用 細 胞 が 製 造 さ れ る ま で，培るため，自家移植と比較してコスト低減が見込める。そ養・加工ならびに品質評価を含めた時間とコストが現こで京都大学CiRAは免疫拒絶反応に関わるヒト白血球状は大きな課題となっている。2017年には京都大学iPS抗原（HLA：Human Leucocyte Antigen）の型を拒絶反細胞研究所（CiRA：Center for iPS Cell Research and応が起きにくい組み合わせで有する健常ボランティアかApplication）の健常ドナー由来のiPS細胞ストックからら皮膚や血液を採取し，そこに含まれる細胞からiPS細作製したRPE細胞懸濁液を患者の網膜に移植（他家移植）胞を作製して，さまざまな品質評価を行ったうえで，再する臨床研究が開始された。2018年には，京都大学CiRA

生医療用iPS細胞ストックとして保存し，2015年から医の髙橋淳教授らが公的医療保険の適用をめざし，iPS細療・研究機関や企業への提供を開始した。2018年末時点

胞ストックからドパミン神経前駆細胞を調製してパーキで日本人の約32％のHLA型がカバーされており4），このンソン病患者の脳に移植（他家移植）する医師主導治験ストックの中から患者のHLA型に相当するiPS細胞を用を開始した。さらに，iPS細胞を用いた大阪大学の重症心いて目的の組織や細胞を調製して治療に用いれば，他家不全，角膜損傷，慶應義塾大学の脊髄損傷患者への移植移植であっても免疫拒絶を低減できると期待されている。

治療も臨床研究として近く開始される予定である。
2.2
2.1

iPS細胞由来細胞製品の量産化に向けた課題

他家移植と自家移植

今後のiPS細胞を用いた医療の本格化を見据え，高品

再生医療では，患者自身の細胞を移植する自家移植と，質のiPS細胞由来細胞製品を合理的な価格で提供し，安他者の細胞を移植する他家移植が行われている。iPS細定的に患者に届けるためには，その量産化に向けた課題

胞を用いた再生医療において自家移植は，免疫拒絶の可を一つ一つ解決していくことが重要である。現在移植に能性は限りなく小さいものの，個別に患者本人の体性細適した安全な治療用細胞の製造は，培養クリーンルーム

胞からiPS細胞を作製し，そのつど目的の組織や細胞を内での専門技術者の手作業（手技）による培養が欠かせ

図1｜開放系と完全閉鎖系培養の概念図
従来の開放系培養（左）では，培養容器の蓋を開けて作業するため，コンタミネーションリスクがあり，作業のために広いエリアの無菌管理が必要である。これに対し閉鎖系（右）では，外部からのコンタミネーションリスクが低く，無菌エリアも培養モジュール内の最小限で済む。

開放系（従来法，手技培養）
CO2 インキュベーター

安全キャビネット

閉鎖系（日立装置）
加湿ボトル

37℃ ＞95%RH
5%CO2

恒温槽

37℃

＞95%

RH
5%
CO2ガス
閉鎖系培養容器

開放系培養容器

無菌管理が必要なエリア

無菌エリア

注：略語説明RH（Relative Humidity：相対湿度）

Vol.101 No.03 376-377

113

ないが，培養設備の維持管理費や人件費が高額なコスト

これを装置恒温槽内にセットした後，細胞懸濁液を無菌の要因の一つになっている。また，細胞品質が作業者の的にモジュールに接続し，培養を開始する。培養に必要スキルに依存する場合があり，移植用途に求められる品

な5％CO2混合ガスは，ボンベからディスクフィルタ質をどのように担保するかが細胞製造における重要な要（0.22 µm孔径）を通してチューブ経由で加湿ボトルを通素である。さらに人が作業することに起因するコンタミ過後に培養容器に間欠送気する。培養液はペリスタポンネーション（生物学的汚染）も想定されるリスクとなる。

プを用いてチューブ外から送液制御を行い，一定の頻度これらの課題を日立の技術で解決するべく，日立神戸で排出と供給を繰り返す。培養モジュール内部を外部環

ラボでは再生医療用細胞自動培養技術の開発に取り組ん

境に暴露することなく培養を継続できる点で，微生物をできた。

はじめとする異物の混入の可能性が極めて低く安全性が高い。培養モジュールは単回使用のため，培養終了後の2.3環境のクリーニングが簡便で，交差汚染のリスクが低い。

完全閉鎖系自動培養技術

これらの特長に加え，従来手技で行っていた培養を自動

日立の細胞自動培養技術の開発開始は2002年度にさ化することにより，品質の安定化と量産化が実現できる。

かのぼり，その後15年にわたる開発の結果，現在の日立

図2にiPS細胞大量自動培養装置iACE1の外観を示す。完独自の完全閉鎖系細胞自動培養技術を確立するに至っ

全閉鎖系を採用し，10枚の培養容器を用いたiPS細胞のた。図1に従来法と完全閉鎖系培養の概念図を示す。

平面培養が可能であり，iPS細胞の大量培養に加えてド従来法が，CO2インキュベーターや安全キャビネットパミン神経前駆細胞への初期分化にも実績がある。詳細内での開放系操作および培養であったのに対し，完全閉は次章で解説するが，日立から再生医療の実用化に最先鎖系は根本的に異なる概念で構成されている。完全閉鎖

端でグローバルに取り組む大日本住友製薬株式会社の再系では，培養容器や培養液用のボトルやバックをチュー

生・細胞医薬製造プラントに製品第1号機が納品された5）。

ブで連結し，すべての末端を閉鎖した培養モジュールを作製し，ガンマ線照射によりモジュール内部を滅菌する。

図2｜iPS細胞大量自動培養装置（iACE1）
37℃に制御されたインキュベーターユニット，培地などの送液を行う試薬ユニット，培養中の培地や上清を保管する冷蔵庫，電源などの制御ユニットから成る。

制御ユニット試薬ユニット

冷蔵庫インキュベーターユニット

114

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3.1
iPS細胞由来網膜色素上皮細胞シートの自動培養

3. オープンイノベーション

日立神戸ラボでは，2016 年から理化学研究所の髙橋政代プロジェクトリーダーらと共同研究を開始し，iPS細現在日立神戸ラボが拠点を置く神戸医療産業都市は，胞由来RPE細胞のシート化において閉鎖系自動培養を阪神・淡路大震災後の復興事業の一環として，神戸経済検証した。の活性化，市民福祉の向上，国際貢献を目的に設立され，加齢黄班変性は加齢に伴って発症し，網膜の中心部に基本構想の検討が開始されてから2018年に20周年を迎ある黄班部の機能が低下し，最悪の場合は視力を失うこえた。神戸医療産業都市はメディカルクラスター，バイともある難治性眼疾患である。日本における潜在的患者

オクラスター，シミュレーションクラスターの三つの分数は69万人に上ると推定されており7），世界的に見ても野のクラスターから構成されている。日立神戸ラボは失明原因の第3位であり，罹（り）患し失明することに2017年に竣（しゅん）工した神戸医療イノベーションセよる経済的損失も大きい。治療には進行を抑制するためンター（KCMI：Kobe Center for Medical Innovation）に薬物投与が行われるが，根本的な治療のためには障害に所在する（図3参照）。2019年3月現在，中小企業・ベされた網膜組織を移植治療することになる。1980年代後

ンチャー企業から大手製薬会社に至るまで352社の医療半から，中絶胎児の網膜あるいは正常な網膜組織の一部関連企業・団体が国内外より進出し，日本最大級のバイを移植することが行われていたが，移植組織に対する免オメディカルクラスターに成長した。公益財団法人神戸疫拒絶反応，倫理的な課題や高い侵襲性から，これらの医療産業都市推進機構理事長の本庶佑博士が2018年の課題を解決し，安全かつ安定的な移植治療用組織が求めノーベル生理学・医学賞を受賞したこともクラスターのられていた3）。前述のとおり，理化学研究所では自家iPS性格を特徴づける事例と言えるだろう。

細胞由来のRPE細胞シートの作製とそれを用いた加齢黄日立神戸ラボは2017年から神戸医療産業都市に参画

班変性の治療に成功していた。
そこで日立神戸ラボでは，

6）

し ，都市内に拠点を置く再生医療分野のトップリー

それまで体性細胞由来の角膜上皮細胞ならびに口腔（くダーと連携し，オープンイノベーションにより自動培養う）粘膜細胞の細胞シートの培養自動化で実績のあった技術をコア技術にiPS細胞由来細胞の実用化に向けた研試作機，ACE3（Automated Cell Culture Equipment 3）

究開発を推進している。以下に二つの事例について紹介

を用い，iPS細胞由来RPE細胞シートの培養自動化を検する。

証した。培養プロセスは以下の通りである。

図3｜神戸医療産業都市
日立神戸ラボを新設した神戸医療産業都市の全景を示す。

KCMI
日立神戸ラボ

KIMEC

TRI
BMA

KIBC
IBRI

理化学研究所（BDR）
中央市民病院

西記念ポートアイランド
リハビリテーション病院

IMDA
チャイルド・ケモ・ハウス

神戸低侵襲がん医療センター

写真提供：神戸市
注：略語説明KCMI（Kobe Center for Medical Innovation：神戸医療イノベーションセンター），KIMEC（Kobe KIMEC Center Building：神戸キメックセンタービル），
TRI（Translational Research Center for Medical Innovation：医療イノベーション推進センター），
BMA（Business Support Center for Biomedical Research Activities：神戸バイオメディカル創造センター），
KIBC（Kobe International Business Center：神戸国際ビジネスセンター），
IBRI（Institute of Biomedical Research and Innovation：先端医療研究センター），
BDR（RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research：理化学研究所生命機能科学研究センター）

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（1）凍結保存されていたiPS細胞由来RPE細胞懸濁液をいた9）。そのため，iPS細胞由来のドパミン神経前駆細胞調製し，自動培養装置に設置・接続する。

を移植する方法が提案され，iPS細胞から高効率かつ高（2）理化学研究所がすでに手技培養で確立していたRPE

純度なドパミン神経前駆細胞を製造する方法が，髙橋淳

細胞シートの培養手順に従い，ACE3で7週間自動培養を教授らによって開発された10）。すでに動物実験でも安全行った。

性と有効性が確認され11），他家iPS細胞を用いた治験が（3）ここで培養されたiPS細胞由来RPE細胞シートの品2018年に開始された。iPS細胞由来ドパミン神経前駆細質を手技培養と自動培養で比較した。

胞製品開発は大日本住友製薬が推進している。

その結果を図4に示す。細胞間接着の形成を示すZO-1

細胞製品化においては，大量の細胞を医療グレードで（赤）と，基底膜の形成を示すラミニン（緑）のシグナル製造するための技術が必要となる。そこで，日立独自のを自動培養，手技培養でともに検出し，iPS細胞由来RPE完全閉鎖系自動培養技術を，iPS細胞拡大培養および初8）期分化誘導工程に適用するために，前述のiPS細胞大量細胞シートの培養自動化が可能であることを確認した 。

自動培養装置（iACE1）（図2参照）を開発した12）。
3.2

手技培養での培養条件を可能な限り装置で再現するとパーキンソン病向け細胞製剤製造プロセスの開発

同時に，手技培養とは根本的に異なる条件，例えば閉鎖

また，大日本住友製薬，京都大学CiRAの髙橋淳教授ら系空間での培養，チューブを介しての送液・送気についとともに，2015年から国立研究開発法人日本医療研究開ては，手技培養における従来の培養条件を自動化のため発機構（AMED：Japan Agency for Medical Researchに変更するたびに，自動培養した細胞が手技により培養and Development）「再生医療の産業化に向けた評価基盤した細胞と同等の品質を保持しているか，一つ一つ検証技術開発事業」において，パーキンソン病治療に向けたを行った。これにより自動培養全体の培養手順（プロトiPS細胞由来のドパミン神経前駆細胞の製造プロセスのコル）を構築した。

開発を行っている。

このようにして構築した自動培養プロトコルを用い

パーキンソン病は脳内のドパミン神経細胞が脱落するて，iPS細胞の拡大培養とそれに続く初期分化誘導培養ことで運動障害を引き起こす神経変性疾患で，日本ではを日立がiACE1を用いて実施した。自動培養した細胞を難病に指定されている。国内での患者数は16万人を超え

無菌的に回収した後に，大日本住友製薬が最終工程までるとされ，患者の要介護度が高く，社会的コストの高い進めて，各工程の細胞の品質を手技培養と比較した。

疾病と言える。治療には薬物投与のほか1980年代から細その結果を図5に示す。図5（a）はiPS細胞の拡大培養

胞移植によりドパミン神経を補充する治療も行われてお後の増殖倍率で，手技培養と自動培養はともに同程度のり，その有効性は知られていた。しかし，移植する細胞増殖倍率であったことが確認できた。図5（b）は，拡大が中絶胎児由来であるため，倫理面や供給面で問題があ培養したiPS細胞，および初期分化誘導した中間体，そしるうえ，移植細胞の純度の低さによる副作用も起こっててさらに分化を進めた最終製品の遺伝子発現を網羅的に

図4｜iPS細胞由来RPE細胞シートの培養自動化検証
培養したRPE細胞シートの縦断面を細胞間接着のマーカ（ZO-1，赤）と基底膜のマーカ（ラミニン，緑）に対する特異的な抗体を用いて蛍光検出を行った。DAPI（青）は細胞の核を示す。

硝子体側細胞間接着

ZO-1

基底膜
ラミニン
血管側
自動培養

ZO-1116

ラミニン

DAPI

手技培養

20 μm

ZO-1

ラミニン

DAPI

20 μm

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図5｜自動培養（iACE）
で作製した細胞の手技培養との同等性評価
（a）

（b）

250−200

中間体

200150PC2

増殖倍率（a）iPS細胞の7日間の増殖倍率の比較を示す。手技培養は装置と同型の開放系大型容器を用いた。
iACE:n＝10，手技:n＝3，エラーバーは±S.D.
（b）遺伝子発現プロファイルの比較を示す。網羅的に遺伝子発現量を評価し，主成分分析を行った。
iPS細胞および中間体はそれぞれiACEと手技培養で作製し，中間体から最終製品への加工は，従来法で作製した。元の細胞が異なる製造方法であっても，最終製品に違いは出ない。

0100

iPS細胞50

最終製品

200

iACE，iPS細胞中間体iACE，iACE，最終製品手技，iPS細胞
中間体手技，最終製品
手技，0iACE

200

手技

0PC1−200

注：略語説明iPS（induced Pluripotent Stem）解析し，主成分分析によってそのプロファイルを比較しを披露する」と述べた。iPS細胞の作製における課題を解たものである。手技培養，自動培養ともに同様のエリア決し，100万円程度の低価格で提供する意欲を示したもにプロットされることから，遺伝子発現レベルでも同等のだ。日立は，東京大学ならびに京都大学と連携し，マの品質を有していることが確認できた。

イクロ流路を用いた細胞マニピュレーション技術をベー

iACE1は再生医療用細胞の原料となるiPS細胞の大量スに自家iPS細胞作製に向けた技術開発に取り組んでい培養が可能であるだけでなく，接着培養であれば神経分る。具体的な目標とするべきコストと時期が示されたこ化誘導以外にも適用可能な汎用的装置である。今後さまとを励みに，今後もオープンイノベーションにより一層ざまな細胞の製造に適用し，再生医療の普及を牽（けん）の研究開発の加速を図りたい。

引していくことをめざして開発を続けていく。

5. おわりに
4. 今後の展開
本稿では，iPS細胞を用いた再生医療の実用化に向けおよそ10年後の2030年には，複数の難治性疾患に対た動向と日立神戸ラボの取り組みについて述べた。

し，iPS細胞由来の細胞・組織が適用され難病が克服され再生医療が拓く未来の健康長寿社会を実現するためにているかもしれない。再生医療の普及のためには，医療は，まだ高いハードルが多くあるが，世界の誰もが再生用細胞を量産化し，安定的に供給しなければならない。

医療を享受し，難病が克服された社会の実現に貢献してまた，再生医療を現在の主要拠点から他拠点へ拡大するいきたい。には，細胞培養の技術移転において，場所や技術者に依存せず同じ品質の細胞を製造するために，自動培養技術謝辞は大きく貢献できる。このような観点から，日立は，現

本稿で紹介した内容の一部は，文部科学省先端融合領

在から近未来における課題やニーズに基づき，再生医療域イノベーション創出拠点形成プログラム「再生医療本の普及に貢献できる自動培養技術の開発に引き続き取り格化のための最先端技術融合拠点」，日本医療研究開発機組む予定である。

構（AMED）「JP18be0104016」において実施した。本

患者自身の細胞からiPS細胞を作製し，目的の細胞を研究開発にあたり，ご指導・ご協力いただいた東京女子

調製して移植する自家移植においては，iPS細胞の作製

医科大学，京都大学iPS細胞研究所，理化学研究所，大日に時間とコストがかかることが課題であるが，免疫拒絶

本住友製薬株式会社，神戸医療産業都市推進機構，神戸が起きる可能性が低いことから，患者にとっては大きな市の関係各位に感謝申し上げる。

メリットがあり理想の個別化医療となりうる。山中教授
は，2019年の2月に行われた講演の中で，「2025年の大阪・関西万博で，患者自身の細胞からつくるマイiPS細胞
Vol.101 No.03 380-381

117参考文献など
1）S. Yamanaka et al.: Induction of pluripotent stem cells from adulthuman fibroblasts by defined factors, Cell, 131, 861-872（2007.11）2）経済産業省,「再生医療の実用化・産業化に関する研究会」の，最終報告書を取りまとめました（2013.2）
http://www.mhlw.go.jp/stf/shingi/2r9852000002v591-att/
2r9852000002v5dn.pdf
3）M. Mandai et al.: Autologous Induced Stem-Cell–Derived Retinal
Cells for Macular Degeneration, The New England Journal ofMedicine, 376, 1038-1046（2017.3）
4）京都大学iPS細胞研究所,iPS細胞ストック・プロジェクトの今後に，ついて（2018.12）
http://www.cira.kyoto-u.ac.jp/j/pressrelease/news/181221170000.html
5）日立ニュースリリース，再生医療の普及に向け，iPS細胞大量自動，培養装置を製品化（2019.3）
http://www.hitachi.co.jp/New/cnews/month/2019/03/0311.
html6）日立ニュースリリース，神戸医療産業都市に再生医療の研究開発，拠点「日立神戸ラボ」を開設（2017.4）
https://www.hitachi.co.jp/New/cnews/month/2017/04/0403.
html
7）難病情報センター，加齢黄班変性（平成23年度），
http://www.nanbyou.or.jp/entry/2434
8）E. Matsumoto et al.: Fabricating retinal pigment epithelial cellsheets derived from human induced pluripotent stem cells in an
automated closed culture system for regenerative medicine,
PLoS ONE, 14, e0212369（2019.3）
9）C. R. Freed et al.: Transplantation of embryonic dopamine
neurons for severe Parkinsonʼs disease, The New EnglandJournal of Medicine, 344, 710-719（2001.3）
10）D. Doi et al.: Isolation of Human Induced Pluripotent Stem Cellderived Dopaminergic Progenitors by Cell Sorting for Successful
Transplantation, Stem Cell Reports, 2, 337-350（2014.3）
11）T. Kikuchi et al.: Human iPS cell-derived dopaminergic neurons
function in a primate Parkinsonʼs disease model, Nature, 548,592-596（2017.8）
12）加藤美登里：iPS細胞大量自動培養装置の開発，
Medical Science
Digest，44，497-499（2018.8）

執筆者紹介
半澤 宏子
日立製作所 研究開発グループ 基礎研究センタ
日立神戸ラボ 所属
現在，再生医療の研究開発に従事
博士（工学）
日本再生医療学会会員

加藤 美登里日立製作所 研究開発グループ 基礎研究センタ日立神戸ラボ 所属
現在，再生医療の研究開発に従事
博士（理学）
日本再生医療学会会員，高分子学会会員，応用物理学会会員

大山 国夫
日立製作所 研究開発グループ 基礎研究センタ
日立神戸ラボ 所属
現在，再生医療の研究開発に従事

松本 絵里乃日立製作所 研究開発グループ ヘルスケアイノベーションセンタ
バイオシステム研究部
現在，細菌検査技術の開発に従事
博士（マテリアルサイエンス）
日本再生医療学会会員，日本バイオマテリアル学会会員

木山 政晴
日立製作所 研究開発グループ 基礎研究センタ
日立神戸ラボ 所属
現在，再生医療の研究開発に従事
日本再生医療学会会員

斉藤 洸
日立製作所 研究開発グループ 基礎研究センタ
日立神戸ラボ 所属
現在，再生医療の研究開発に従事
博士（理学）
日本再生医療学会会員, 日本分子生物学会会員

武田 志津
日立製作所 研究開発グループ 所属
現在，再生医療の研究開発に従事
博士（薬学）
日本再生医療学会会員，日本分子生物学会会員

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