旨在恢復因疾病或受傷而受損的器官和組織功能的再生醫療需要大量正常細胞。快速篩選這些細胞的技術正在迅速推進。京都大學利用隨着開發新冠電腦病毒疫苗而爲人所知的傳訊RNA(mRNA),開發出了在培養程序中僅選擇目標細胞的技術。該技術不僅將用於再生醫療,還考慮應用於癌症冶癒。2050年有可能在一般醫療中普及。
人iPS細胞和癌細胞混合培養(圖片由京都大學iPS細胞研究所提供)
透過篩選技術僅保留iPS細胞(圖片由京都大學iPS細胞研究所提供)
在器官和組織的再生醫療中,每個人要使用約1千萬~1億個細胞。使用可以培養成各種細胞的iPS細胞時,目前主要利用名爲「流式細胞分析技術」的昂貴細胞分析裝置來篩選源自iPS細胞的移植用細胞。
例如,採用會附着到神經和心肌等特定細胞上發光的物質,然後用裝置擷取光。然而,每秒鐘最多隻能選出幾千~1萬個細胞,準備一位患者使用的細胞需要花好幾個小時。這也是再生醫療的費用升高的終極因數之一。
京都大學iPS細胞研究所的藤田祥彥助教與齊藤博英教授等人組成的研究團隊利用mRNA,開發出了只讓目標細胞存活的方法,不需要的細胞則會被滅活並清除。
每個細胞都有特定的微RNA。吸收了人工製備的mRNA的細胞會對目標微RNA的存在發生反應,細胞會根據mRNA的基因序列生成蛋白質。這就是「RNA開關」的開啓型。沒有目標微RNA就無法生成蛋白質。
研究團隊還開發了工作機制與此次相反的關閉型技術。細胞攜帶目標微RNA時不會發生反應生成蛋白質,不攜帶時才生成蛋白質。結合這兩種技術能以高精度僅獲得目標細胞。
研究團隊決定分別生成引起細胞死亡的蛋白質和干擾這種蛋白質功能的蛋白質。在實驗中,以混合狀態培養人iPS細胞和癌細胞,並且僅篩選出了iPS細胞。iPS細胞與自身攜帶的特定微RNA發生反應,產生了避免細胞死亡的蛋白質。而沒有微RNA的癌細胞產生了引起細胞死亡的蛋白質,最終死亡。
培養的iPS細胞純度達到95%以上。「不需要的細胞會在幾小時至1天内死亡」(藤田助教)。進一步培養的結果是,純度能達到99%以上,安全也很高。
利用iPS細胞培養神經和心肌等細胞需要2~3周時間。如果在培養時應用此次的技術,成長不良的細胞會死亡,可以僅提取目標細胞。「篩選細胞治療用細胞的技術有望在2030年前後出現」(齊藤教授)。
此外,還有望用於爲癌症患者注射mRNA,僅殺死癌細胞的新一代冶癒方法。
大學和企業積極行動
細胞篩選技術的歷史與前景 | |
1970年代 | 自動篩選細胞的裝置亮相 |
1990年代 | 裝置實施小型化和數化 |
2022年 | 京都大學開發出利用mRNA技術的細胞篩選法 |
2030年前後 | 在細胞治療中應用mRNA技術的篩選法亮相 |
2050年 | 有望實施爲癌症患者注射mRNA,僅殺死癌細胞的冶癒方法 |
高速高精度篩選各種細胞的技術不僅能用於再生醫療,還有助於新藥開發。企業和大學正在大力開發。
日立製作所與東京大學校辦初創企業Thinkcyte(東京文京區)合作,開發了利用人工智慧(AI)篩選各種細胞的系統。向細胞照射特殊的光,就可以瞬間分析細胞結構並進行篩選。
東京大學的合田圭介教授等人開發了利用調查細胞内部分子的振動數的技術來篩選目標細胞的技術。該技術透過使大量細胞流過流路來即時分析並篩選。速度比手動篩選快900倍左右。
細胞篩選技術還有助於促進醫療應用。京都大學的齊藤教授擔任董事的初創企業aceRNA Technologies(京都市)2021年12月與日東電工簽訂了共同開發藥物的協議。將組合使用RNA開關和將藥物準確遞送至活體內目標位置的藥物遞送系統。
另外,着眼於單個細胞調查基因工作方式等的「單細胞分析」研究也很活躍,有望明確疾病的詳細機制等。
日文:草鹽拓郎、《日經產業新聞》,2022/03/04
中文:JST客觀日本編輯部