ユーザーインタビュー《ローツェライフサイエンス株式会社》膨大なデータを取得し、培養条件を最適化。「白斑治療用皮膚シートの生産性が約3倍向上し、汚染率も5桁減に」

山崎さん

私自身はもともと機械設計や装置開発が専門で、半導体製造装置の開発などを手がけていました。ライフサイエンス分野に携わるきっかけは、2002年に受託した「タンパク結晶化ロボットシステム」です。その後、創薬研究用のスクリーニング装置をつくらせていただきました。この技術をベースとして、2011年3月に細胞加工製品製造の自動化装置組織ファクトリー（T-Factory^＊）の開発に参画させていただくことになり、主に搬送の部分を担当しました。以来、これらの経験をベースに再生医療分野での自動培養装置の開発を行ってきました。*内閣府最先端研究開発支援（FIRST）プログラムの一つ。再生医療産業化に向けたシステムインテグレーションである臓器ファクトリーの創生組織ファクトリー (T-Factory)

山崎さん

そうですね。細胞のサの字も知らない人間が培養装置をつくることになるわけですが、そもそも機械は最初はだいたい動かないんですよ。でも、われわれはとにかくあきらめずに、ちゃんと動くところまでやり通す。そうした姿勢が今につながってきたのではないかと思います。ニコンさんとのお付き合いもT-Factoryがきっかけですが、ニコンさんも含めて周りの方々に「われわれが分かっていない」ことを分かっていただき、いろいろなことを懇切丁寧に教えていただけたのはありがたかったですね。逆に、異分野から参入したわれわれの従来とは異なる発想も採用いただき、リーズナブルな開発ができたのではないかと思っています。

山崎さん

ニコンさんのBioStudioシリーズのスタートも、T-Factoryからでしたよね。装置に組み込めること、除染に対応できることを条件に、T-Factoryの自動観察装置としてニコンエンジニアリングさんにつくってもらったのが、BioStudioシリーズの初号機でした。われわれも半導体製造装置のウェハの欠陥やゴミの検査をするための自動観察装置の開発を進めていたんですが、やはりニコンさんの光学系は非常に素晴らしいものでした。

山崎さん

二つあります。一つはコンタミネーションをいかに低減するかという点。もう一つは、患者さんご自身の細胞（自家細胞）を用いた培養では多様なバラツキがあり、いかにそれらを制御して安定した製造を可能にするかという点です。

山崎さん

コンタミネーション低減については、最大の汚染源は人なので、もっとも有効なのは無人化です。しかし、完全な無人化は不可能です。そこで空気の流れ等を制御して、汚染物質（パーティクル）が細胞に行かないように工夫します。また、100％ノートラブルで動き続ける機械装置は存在しません。例えば落雷による停電など、アクシデントが起きることを前提にして、リカバリーのためのリダンダンシー（冗長性）をあらかじめシステム設計に組み込んでいます。

山崎さん

ああ、それもありますね。特に自家細胞を使うと、継代1回目までの増殖速度は実にバラバラです。時には「育ちが悪いので培養時間を1日延ばそうか」というような、ケミカルの世界ではあり得えない変更も生じます。そうした事態にソフトウエアも含めて柔軟に対応できるように配慮しています。

山崎さん

決め手は三つありました。最大の理由はiPS細胞をきちんと見られたのがBioStudio-miniだけだったことです。われわれの方で光学系のアルゴリズムを各社に尋ねて、そのアルゴリズムと実際の見え方を評価した時に、iPS細胞がちゃんと見えたり、観察座標を取得できたりしたのが、ニコンさんだけだったんです。われわれは半導体ウェハの欠陥検査装置を開発販売していましたので、X-Yステージ等の実装も自分たちで対応でき、撮像のソフトウエアやタイリング機能のノウハウも持っていました。ですのでBioStudio-miniを組み込むことで、CellShotを完成させることができました。
二つ目の理由は光学系が非常にコンパクトにまとまっていたことです。

山崎さん

はい。CellKeeperは、さまざまな機能を持つ60cm角の各ユニットをおもちゃのブロックのように組み合わせて使用することが開発コンセプトでした。ですので、光学ユニットがコンパクトなBioStudio-miniは限られたスペースに収められる点でも有用でした。ですので、システム化には特に課題はありませんでしたが、強いて挙げると、全面タイリングを行う時には撮像中はインキュベータ外に出すためその温度変化による細胞への影響が課題でしたが、CellKeeperに実装するCellShotモジュールに温度制御とCO₂制御を標準実装することで解決しています。
そして三つ目は、ニコンエンジニアリングさんの対応の柔軟さです。インターフェースを含めて、BioStudioをベースにかなり手を入れてもらっています。技術者同士の会話ができ、こちらの要求にきちんと応えていただいた。あの対応がなければ、たぶん今の製品はできていません。One Teamで開発できたことに、とても感謝しています。

山崎さん

まさにそれです。タイリング撮影するために、われわれの装置のステージとBioStudio-miniとの間で情報をやり取りしながら、「培養容器が動いたら撮る」という連携を繰り返しているんです。その情報のやり取りをDLL（Dynamic Link Library）化してもらいました。一般的には通信で制御するんですが、プログラム同士で結合させた方がスピーディーだし安定するんです。まあ普通は要求しないし、断られるのが当たり前のような要求でしょうね。でも、対応いただいたおかげでライブ画像を取得でき、われわれの開発した制御ソフトウエアに組み込むことで、直交精度を含めて1ミクロンの精度で撮影位置を制御できるようになりました。このため、CellShotでは非常に高精度なタイリング画像撮影のチューニングが実現できたんです。

山崎さん

48枚の培養容器（SBS規格、100㎜ディッシュ）を搭載し、すべてのプレートについてそれぞれタイリング画像を取得することで、培養容器の全面でのタイムラプス解析が可能になりました。培養容器内の細胞の分布をマクロ観察するという目的が達成でき、播種した細胞が培養容器内でどのように変化しているかを観察できるようになりました。

山崎さん

必須のツールです。CellShotで撮像したタイリング画像のデータは、膨大な枚数になります。例えば数千枚にものぼる画像内の細胞の座標を、一つひとつ手作業でプロットするなんてこと、やりたくないですよね？（笑）

山崎さん

そうですよね。しかも人の目で判断するから、作業者ごとに結果がバラつく。同じ作業者が行っても、その日の体調で結果が左右されることもある。こんなデータでは解析になんか使えません。でも、画像解析を自動化すれば、一つの指標を一定の水準で表現することができるんです。

山崎さん

そう思います。CellKeeperでは、培養から培地交換、観察を一体化して安定した細胞培養を可能とし、しかも画像解析まで自動化しています。このため、例えば「播種後、容器を縦に3回揺らす」などのさまざまな操作が、細胞の培養にどのように影響しているかを明らかにできます。実はびっくりする結果が出たんですよ。

山崎さん

MSC（新生児由来1136株、高齢者由来1146株）を培養する際に、さまざまな操作を行った時と行わなかった時の培養容器内の濃度分布変化を、CellKeeperで7日間、全面タイリングでタイムラプス撮影しました。すると、「最初に播種した状態はマクロ的には何をしても変わらない」ことが分かったんです。ISBF（The International Society for Biofabrication）のオンラインイベント「Call for Abstracts for the 2021 Showcase」で、発表させていただきました。

山崎さん

そうです。例えばディッシュの中央に細胞を含んだ懸濁液を注いだとします。すると細胞の密度は真ん中が濃くて、外が薄くなります。その状態はディッシュを回しても変わらないんです。

山崎さん

広がらないんです。変わらないんです。逆に端から注いで回したら真ん中に寄るのではという風に普通は考えますが、端に寄ったままなんです。

山崎さん

その通りです。

山崎さん

びっくりなんですよ、びっくり。BioStudio-miniを組み込んだCellShotで、すべて自動でデータを取っています。人が介在していない実験ですので、再現性は非常に高い。まさに「マイスター」的手法から細胞培養エンジニアリングへの第1歩を踏み出した。そんな実感があります。

山崎さん

これまでは「①培養（増殖）」から「②培地交換」、「③観察」、「④解析」等の機械的操作を確立してきました。今後はこれらを一元的に管理し、それぞれの技術をさらにチューニングすることで、培養条件の最適化を追究したいと考えています。
新たな取り組みとしては、継代装置を実用化するため、大阪大学内のラボでMSC（間葉系幹細胞）による開発・検証を進めています、今後は、ReMed社で皮膚細胞を使った検証を行い、臨床データからのフィードバックによって完成を目指す予定です。
継代装置の完成後は、これまでに確立した①～④に「⑤継代」を加え、さらに「AI」を実装して細胞培養装置の真の自動化を目指します。また、前処理や後処理の技術開発についても進めていく予定です。

山崎さん

そうですね。われわれが取り組んでいる細胞培養自動化には、実はまだ市場がないんです。ですから、われわれとしては市場をつくる、あるいは文化をつくるところから挑戦しているところです。よく「ブルーオーシャンを探せ」と言われますが、市場レポートはあまり役には立たないでしょう。そこに書いてある時点で、もう手垢が付いているということです。ですから、ブルーオーシャンはつくり出さなければいけない。そうした目線で見ると、われわれが持っているのは、非常に価値のあるフレッシュな情報なのではないかと思っています。