治療法としての間葉系幹細胞由来細胞外小胞 | MSC-EVによる無細胞治療

間葉系幹細胞由来細胞外小胞の重要性とスケールアップ法

The Cutting Edge

無細胞治療への関心の高まりを背景に、研究者の間では間葉系幹細胞(MSC)から放出される細胞外小胞(EV)が注目を浴びています。この間葉系幹細胞由来細胞外小胞(MSC-EV)の研究が広がり、細胞回収から培地の収集・処理へと重点が移る中、研究開発用の需要に応える供給体制を確立すべく、スケールアップが重視されています。そこで今回は、MSC-EVの可能性について考察しました。

間葉系幹細胞から細胞外小胞へ

MSCは、1970年代の発見を機に研究が進み、その治療法としての可能性が徹底的に探究されてきました。数十年間に実施された治験の結果、こうした多能性幹細胞は再生医療に極めて有用であることがわかっています。Stem Cell Research and Therapy誌は2020年8月のレビューで、組織再生・免疫調節でのMSCの役割とともに、心血管疾患、脳卒中、変形性関節症などの治療の成功可能性に言及しています。またStem Cell Research and Therapy誌は、重篤なCOVID-19感染者に見られる急性肺傷害や急性呼吸促迫症候群の治療法として幹細胞への関心も見られると解説しています。

当初、MSCの成功は、患部組織への直接移行によるものと考えられていました。つまり幹細胞が、いわば患部組織に自身を”移植”して占有し、分化の末に損傷を修復するという考え方でした。ところが、その後の研究から、この作用はパラクリンであることが判明しました。MSCは、増殖因子やサイトカインなどの分子を分泌し、これが治療効果をもたらす原因となっていたのです。

しかし、MSCから分泌されるのは、生理活性分子だけではありません。MSCは、生体分子を分泌する際、脂質二重膜で囲んだパッケージ構造にします。これを細胞外小胞(EV)と呼びます。MSC由来の細胞外小胞(MSC-EV)は、生物学的障壁を乗り越え、有害な免疫応答など幹細胞療法で見られる多くの課題を回避できます。

この10年間に、MSC-EVは、無細胞治療に道を開く可能性があることから、一躍注目を浴びるようになりました。コーニングのシニア開発エンジニアであるAmy Kauffman博士によれば、単層細胞から、細胞が培地中に産生するものへと注目対象が転換していると言います。この転換により、EV回収への注目度もさらに高まります。

細胞外小胞による治療の可能性

このほどコーニングの専門家パネルは、Cell & Gene Therapy Insights開催のQ&Aセッションに参加し、EVについて寄せられた質問に回答しました。EVの正体、治療可能性、最新の研究成果について語っています。ここでは主な見解をまとめました。

さらに詳しく

細胞外小胞に治療負荷を包含

EVは、細胞から放出される直径30 nm〜1,000 nmの膜結合型の小胞です。MSC-EVは、膜貫通タンパク質で覆われた脂質層の内部にタンパク質やRNAを含有しています。NatureのScientific Reports誌に掲載された2020年の論文には、血清や尿、胆汁などさまざまな体液からEVを単離した手法が取り上げられています。

MSC治療効果の媒介におけるEVの重要性が研究者の間に認知されると、治療法としての利用が注目されるようになりました。In vivo研究によれば、脳卒中、外傷性脳損傷、創傷治癒に成果をあげており、EV治療は、親細胞を使用して行われる全ての治療と同様の効果を示しています。

さらに、EV治療法は無細胞のため、従来の幹細胞治療に見られる合併症を回避できることを示唆する研究もあります。脂質二重膜によって免疫系から守られるため、EV治療法は免疫原性や拒絶の問題を回避できるのです。無細胞であり、従って細胞メカニズムによる複製がないため、異所性腫瘍形成のリスクがありません。MSC-EVは、このように安全プロファイルが高く、生物学的障壁を乗り越える能力もあるため、治療法の選択肢として研究の価値があります。

細胞外小胞の産生・単離

MSC-EVはディッシュレベルでも回収できますが、総合的なin vivo研究や臨床試験を実施するには一定の量が必要になります。実例を挙げると、in vivo研究では、げっ歯類1匹の場合で、48時間に約200万個のMSCから回収したEVが必要です。Stem Cell Research誌によれば、ヒト投与量換算で約5億個の細胞が必要になります。Kauffman博士によれば、とりわけ、単純な細胞培養の基本という点で、臨床レベルの開始直後からスケールアップを考慮しておく必要があります。例えば、継代数は細胞の特性に影響を与え、それはとりもなおさずMSC-EVの特性にも影響を与えることになります。

そう考えれば、高品質な親細胞から開始して特徴付けし、増殖特性を完全に理解しておくだけの価値があるのです。

Kauffman博士は次のように指摘します。「（MSC-EVに取り組む場合）増殖スペースの確保を真剣に考えておく必要があります。少量から始める場合、早い段階で細胞を継代作業する必要があり、すでに1継代を失うことになります。あまりに小さいスケールで始めると、トラブルに見舞われます」

まさにこのタイミングこそ、コーニングのHYPERテクノロジーを使ったプラットフォームなどに移行するタイミングになります。効率的な多段型細胞培養容器に、独自の超薄ガス透過性培養表面を組み合わせることで、表面積と細胞収率が向上します。同等の底面積の容器と比べ、小さな面積で多くの細胞を培養でき、EV収率の可能性ははるかに高くなります。単一のフラスコの特徴付けから、多層型のHYPERFlaskへの移行は容易で、この方式に慣れたところで大型のHYPERStackセルカルチャー容器へとスケールアップすれば円滑に移行できます。

高い収率と一貫性をめざす際に鍵を握るのが、処理に一貫性を持たせることです。HYPERプラットフォーム技術の利点は、スケールアップを支援するだけではありません。直接的で頑強性のあるプラットフォームのハンドリング作業も、EV回収の一貫性を確保するルーチンになります。培養条件が確立すれば、このプラットフォームで産生を最適化する手法を容易に研究できます。これまで以上に効率的で一貫性のある産生法が登場すれば、研究者にとっては、研究や治療応用でEVの可能性をフルに引き出せるようになります。