能生成各種器官組織被稱爲萬能細胞的iPS細胞（人工誘導多功能幹細胞）將來實施臨牀廣泛應用的關鍵，是保證高品質細胞穩定且規模化培養製備。目前一直依賴於人工培養的方式，不僅效率低下，耗時耗力、品質不穩，而且成本極高，大量製備不現實。
爲攻克這個難題，大阪大學大學院工學研究科生命先端科學系的紀岡正博教授，與澀谷工業株式會社（SHIBUYA KOGYO Co., Ltd）等合作開發了用於iPS細胞由來視網膜色料上皮（RPE）細胞工業化生產的自動機械設備（圖1）。從iPS細胞的擴大培養開始一直到RPE細胞的回收，整個生產工藝全部實施了機械化[1]。
圖1 紀岡正博教授等開發的細胞全自動培養設備 （圖/大阪大學）
2014年，國立研究開發法人理化學研究所（理研）的高橋政代教授在兼任特聘醫師的神戶市立醫療中心中央市民醫院用患者自身的iPS細胞製成視網膜細胞進行了世界上首例臨牀研究。2017年，理研、神戶市立醫療中心中央市民醫院、大阪大學、京都大學等聯合實施了首次異體iPS細胞由來視網膜細胞移植給溼性年齡相關黃斑變性患者的臨牀試驗（圖2）。2019年4月，手術後經過一年觀察，視網膜細胞全部著床成功，患者復健良好[2]。
圖2 視網膜移植手術專案代表者：理研教授高橋政代，先端醫療中心醫院眼科部長慄本康夫，京都大學教授山中伸彌 （照片：理研）
2019年3月14日，株式會社日立製作所和理研宣佈，雙方合作利用全封閉小型自動培養設備，世界首次實施了人源iPS細胞到視網膜色素上皮細胞片層的自動培養（圖3）。設備開發的一個關鍵點是看能否重現高技術水準研究人員培養的結果。因爲技術水平不同的研究人員培養出的細胞差異性極大，但這種差異化又很難實施數化評估。本次研究團隊透過多種標誌物解析比對，應答自動培養製備的細胞片達到了熟練技術員人工培養的片層品質水平。由此證明細胞片層自動培養的可行性。
圖3 全封閉小型自動培養設備（左）和自動培養成的RPE細胞片層（右）（照片：日立製作所）
利用紀岡教授新開發的全自動培養設備，將iPS細胞和相關培養試劑配置好後按下開關，4個月後能夠滿足250人移植需求的視網膜組織就自動製備好了。iPS細胞極爲嬌氣，2018年6月大阪北部地面震動（6.1級）時培養設備毫髮無損，但當時設備内培養中的細胞卻因爲搖晃死亡。於是紀岡教授利用加速度換能器，手動調查了震動對細胞的影響。發現手抖動的一瞬，對細胞造成的衝擊比雲霄飛車還要強。因此紀岡教授又對培養設備做了加速度因應改良，最終實施了高品質細胞組織的製備（圖4）。
圖4 網膜色素上皮細胞培養中 （照片：紀岡研）
研發團隊同時也力爭降低細胞組織製備成本。通常培養體積在1升以下，紀岡教授本次採用了5升階層，透過輕柔晃動的方式一批能成功培養約100億個iPS細胞（影片）。如果用於製備視網膜細胞，生成費用則可以降到之前的十分之一。但由於培養前iPS細胞製作本身的成本仍然很高，所以目前用於移植的話，平均一人的總成本尚且只能減量到500萬日元左右。此前理研主導的iPS細胞由來視網膜移植手術採用人工定製培養，費用約爲1億日元。
紀岡教授領導開發的iPS又來再生醫療製品（視網膜色料上皮及肝細胞）製備系統展示 （AMED）
不僅僅是iPS細胞由來視網膜的製備，其他各個應用方向的臨牀研究和規模化生產也在穩步推進（圖5）。慶應義塾大學醫學部福田惠一教授等致力於iPS細胞由來心肌細胞片的量產；日本住友製藥2018年3月也新開設一個工廠，專門用於冶癒眼疾和巴金森氏症等疾病的視網膜組織細胞、神經細胞等的規模化生產。
圖5 日本再生醫療2018分工圖 （圖/AMED）
2019年8月29日，大阪大學宣佈該校西田幸二教授的研究團隊世界上首次利用iPS細胞培養的眼角膜細胞片層對角膜上皮幹細胞耗竭症患者實施的移植手術大獲成功（圖6）[3]。原來雙眼角膜嚴重受損幾近失明的40多歲的女患者，於7月25日進行了2個小時的手術，8月23日恢復良好順利出院。研究團隊年前計劃再做一例，三年内完成4例，術後都會跟進觀察一年以確保安全。如果進展順利，團隊預計五六年内可進入臨牀實用。下一步角膜的低成本量產技術也是重中之重，目前一臺手術約耗費1000萬日元，團隊希望最終降到二三百萬左右。
圖6 西田幸二教授（右）和捐贈課程教授林龍平（左）在2019年8月29日大阪大學吹田校區新聞發佈會現場 （照片：大阪大學）
文：JST客觀日本編輯部
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1.《朝日新聞》相關報導
2.【日本iPS細胞研究報告(廿九)】理研篇：應答視網膜移植試驗安全
3.阪大實施全球首例iPS細胞角膜移植，患者出院年内實施第二例
