ヒト多能性幹細胞（ES/iPS細胞）の革新的な培養液（培地）と自動培養装置を開発

各方面でトップクラスの技術を持ったメンバーを集結

プロジェクトでは「ES/iPS細胞」の臨床応用研究に欠かせない装置や培養液の実用化・事業化を見据えていたため、中辻名誉教授は参画メンバー（企業等）集めや、テーマ設定、研究開発スケジュールなど、結果の出る研究開発プロジェクトの枠組み作りに力を入れました。

中辻名誉教授自身が学際的な存在であり、自ら株式会社リプロセルなどのベンチャーを起業するだけでなく、各方面でトップクラスの技術力を持っている企業ともつながりがありました。その力を活用して、特定分野で世界的な技術を持つ企業をピックアップして最強チームを作り上げました。

「プロジェクトの目的を達成するためにどんなプレーヤーがふさわしいのか、研究室仲間やリプロセルの横山社長らとも相談しながら決めました」（中辻名誉教授）

目標達成に向けてプロジェクトを見渡すことのできる人材を抜てき

一方中辻名誉教授は、「目標に対してどのようにアプローチをするか大筋は私が考えることができますが、多くの団体・企業が参加するので、なかには大学の研究者との付き合いが初めての企業もあり、そのマネジメントは容易ではないことは想像ができました」と言います。

そこで、産学連携プロジェクト運営の経験豊富な京都大学ウイルス・再生医科学研究所の産学連携推進室の淺田孝教授をプロジェクトマネージャーとして迎えることにしました。淺田教授は、製薬会社に20年間勤務した後、文部科学省・知的クラスター事業で再生医療分野を中心に、関西圏主要大学および、理化学研究所などの研究成果を、実用化するためのサポートを行ってきました。

中辻名誉教授は、「結果を出す必要のあるプロジェクトにはマネジメントが重要です。淺田さんは客観的に研究内容や進捗状況を見渡しながら管理できる能力にすぐれていました」と語ります。

淺田教授は、「プロジェクト開始当初は、メンバーと１ヶ月に１回はミーティングを開き、研究者と企業の担当者とのすりあわせを頻繁に行うことを心がけました」と話します。

「研究者が研究とプロジェクトの運営を併走させることは研究に割くべき力をそぐことになりかねません。そうしたマネジメントは一手に私が引き受けることにしました」（淺田教授）

中辻名誉教授は、「予備研究をしてうまく行きそうだと思うものを選んで、テーマは私たち研究者が企業に提供します。これまでの経験から『ES/iPS細胞』の実用化のためにはどんな技術が必要か、一通り分かっていたので、それが判断できるのです」とプロジェクト運営のポイントについて説明します。

「例えば３次元培養に関わる高分子ポリマーなど専門外の知識も必要になるので、自ら研究や勉強もします。幹細胞や医学だけに閉じこもっていては実用化はできません」（中辻名誉教授）

淺田教授は、「すでに世の中にある技術をさらに国家プロジェクトで研究しても意味がない」と言います。

「そのため、どんなテーマが社会にとっても参加企業にとっても有用か、参加企業とは頻繁に意見交換し、すりあわせてきたので、その点、衝突や行き違いなどはほとんどありませんでした。また、研究の目的や成果について、支援する側と意見をすり合わせていくことも大事です」（淺田教授）

食品添加物を培養液に使い３次元培養法の確立に成功

それでは実際に、開発者はどのような課題を抱え、ブレークスルーを成し遂げたのでしょうか。

農薬・化学品・機能性材料などを製造販売する日産化学工業株式会社は「３次元培養法」の開発を目指しました。その言葉どおり、細胞を浮遊させて３次元的空間で培養する方法です。従来、培養タンク内を撹拌して物理的に流動させて浮遊させる培養法もありましたが、これでは繊細な多能性幹細胞にダメージを与えやすく、大量培養には向かないとされてきました。

それに応えたのが日産化学工業でした。開発を担当した日産化学工業の生物科学研究所医療材料グループリーダーである西野泰斗さんは、「弊社ではもともと株式会社リプロセルと別の共同研究を実施していました。同社の横山社長から中辻名誉教授を紹介され、プロジェクトの計画書を見せていただきました」と当時を振り返ります。

「計画書にあった高分子ポリマーは当社の得意分野の一つですが、培養液開発は初めての経験。細胞を三次元的に培養するにはどんな材料がふさわしいのか、当社の持っている材料からスクリーニングすることから研究開発を開始しました」（西野さん）

細胞同士は培養液内で放置すると固まって細胞塊の「スフェア」を作ります。スフェアが大きくなりすぎると、内部の細胞が自発的分化や壊死を起こしてしまいます。そのため、培養液中の高分子ポリマー濃度を上げて粘度を高めないとスフェアを液中で支えることができません。一方、粘度が高すぎると、培溶液交換や継代のときに、スフェアを回収するのに手間がかかるなどハンドリング性が悪くなります。

そうした中、日産化学工業の開発チームの一員が何かのヒントがあるかもしれないと足を運んだ食品関係の展示会で、フルーツが浮いているゼリーのような飲料を見つけました。その飲料に含まれるゼリー状の物質が、食品添加物としても使われて安全性も確認されている高分子ポリマーの「ジェランガム」でした。

日産化学工業の開発チームはさっそく、ジェランガムを手元に取り寄せて試してみると、粘度が低いのにスフェアがしっかりと浮き、長時間沈むことがありませんでした。ジェランガムを使った培養液は適度な大きさのスフェアを保ち、スフェア同士が凝集することがありませんでした。

中辻名誉教授は試作した培養液を初めて見たときに目を疑ったと言います。

「サラサラしているのに沈まないのは実に不思議でした。他の研究者たちは、ゆっくりと撹拌する方法を考えている中で、ジェランガムを使うという新しい発想に驚きました。実用化のためには、コストが安く、方法がシンプルで、扱いやすいことが重要な条件ですが、この３次元培養法は全て満たしている優れた方法だと確信しました」（中辻名誉教授）

淺田教授は、「食品添加物を培養液に使うという発想の転換がブレークスルーを生んだのです。なぜ、サラサラの液体なのに細胞が均一に浮くのか不思議である一方、中辻先生同様、これはいけると確信しました」と当時の驚きを語ります。

西野さんは、「蛍光物質で修飾したジェランガムを光らせて調べてみると、マイクロゲル（微小なゲル粒子）が培地中にたくさんあることが分かりました。粘度が低くても細胞を浮かせることができるのは、そのマイクロゲルのおかげだと思われます。つまり、目に見えないたくさんのマイクロゲルの上にスフェアが乗っているので、沈まないだけでなく、細胞同士がくっつかずに均一に散らばったまま培養できると考えています」と、その原理を説明します。

完成直前に類似製品の存在が判明、
研究開発最大の危機に

ジェランガムが活用できることが確認できたものの、次の課題は培養液用の溶液にどうやって混ぜるかでした。そのまま混ぜると、均一にジェランガムが分散せず、固まってしまって、細胞を浮遊させる充分な性能が発揮できませんでした。

「開発チームで混ぜ方をいろいろと試した結果、ジェランガムを一気に投入してスピーディーに溶かす方法が最善と分かりました」と西野さん。

その後は順調に開発が進みましたが、完成間近という時期に、ヨーロッパの企業が同じ発想の３次元培養用の培養液を開発していることが判明しました。

西野さんは、「その商品はすでに市販もされていました。ひょっとしたらジェランガムを使っているかもしれないと肝を冷やしました。すぐに入手して分析すると、違う物質を使用していることがわかりました。さらにジェランガムの方が、浮かせる能力は高いこともわかりました」と話します。

商用化に向けて最後の課題は生産量でした。ラボでは1L程度のスケールでよいのですが、大型の反応槽で使うとなると、数十Lの培養液を均一に保たなければなりません。「ES/iPS細胞」の大量生産には、100〜1,000L単位で、しかも無菌状態の高品質の培養液が必要です。日産化学工業ではこの課題も解決し、2014年、３次元培養地｢FCeM｣シリーズの販売に至ることとなりました。

｢FCeM｣シリーズの実用化・事業化を振り返って中辻名誉教授は言います。「細胞を扱っている研究者は高分子ポリマーについて詳しくありません。さまざまな領域の専門家の協力があっての成果だと改めて思います」

準備段階に時間をかけ、設計を詳細に詰める

「多能性幹細胞は非常に繊細で扱いにくい細胞なので、培養も人のさじ加減ひとつで変わってしまうため、機械による処理には馴染まないと思われていました。自動化の一方法として、人手による培養操作をロボットの動きで代替する考え方もありましたが、自動化するならばプロセスを簡素化して、培養の本質的な部分から機械任せにできるようにすることを目標としました」（中辻名誉教授）

ニプロでセラフォルテの開発を担当した同社企画開発技術事業部長・総合研究所長の増田利明常務取締役はこう語ります。

「ニプロでは臍帯血から幹細胞を採取して培養し、白血病などの治療に活用するシステム作りを20数年前から行っており、『バッグ』を使って細胞培養する技術はもともとありました。そうした関係で中辻先生とのお付き合いもあり、株式会社リプロセルの横山社長からお誘いを受けてプロジェクトに参加することにしました」（増田常務）

同社総合研究所副主席研究員の竹内誠亮さんは、「しかし、バッグによる培養技術があるとは言え、幹細胞の自動培養装置を開発するのは容易ではありませんでした」と振り返ります。

「コンタミネーション（汚染）が起きないように閉鎖系システムをどう作り上げるか。バッグを設置するトレーや送液・排液回路などの設計について、中辻先生たちと頻繁に打合せながら、詳細に詰めていきました」（竹内さん）

中辻名誉教授は、「実用化とはただ単純に機能が向上すればよいというものではありません。それに加えて、仕組みがシンプルで、コンパクトで、トラブルも少なくメンテナンスがしやすく、しかも低コストでなければなりません。そうした点を実現するために、ニプロとはよく話し合いました」と言います。

バッグの上下面に均一に培養できるまで試行錯誤

培養面積を増やすためにバッグ上下両面を使うというのもオリジナルなアイデアでした。竹内さんは、「限られた装置のスペース内で培養面積を増やすために、バッグの両面に細胞を接着させて育てる方法を考えつきました。しかし、発想はよかったのですが、細胞を均等に接着させないと、上下両面のバランスが崩れてしまうことがわかりました」と説明します。

しかし中辻名誉教授は、「これほどの新製品を５年で開発したのは早い」と賞賛します。それに対して増田常務は、「NEDOのバックアップと、中辻先生、淺田先生の指導のおかげ」と言います。また、竹内さんは「試作機開発だけでなく、培養液試薬などの消耗品に関してもNEDOに支援していただいたことは、ありがたかったです」と語ります。

淺田教授は、セラフォルテの開発が成功した原因について、「産学連携ではどちらかが垣根を作ってしまうと、研究開発は進まなくなってしまいます。目的に対して両者がしがらみを捨てて素直にディスカッションを繰り返せることが肝心です」と語ります。

中辻名誉教授は言います。「研究者は、実用化や品質管理については、自分は『素人』だと思わないとなりません。自分は何でも知っているという態度では、企業とうまく連携はできません」