ユーザーインタビュー《積水化学工業株式会社》業界初^*の化学合成樹脂足場材で、細胞製造の産業化を加速。「タイムラプス撮影で細胞の動きを捉え、適切な樹脂設計が実現できた」

羽根田さん

そうですね。もともと積水化学工業はプラスチックの総合的事業化を目指し、1947年に発足しました。以来、プラスチックの設計・加工成型技術を活かして、自動車フロントガラスに使用される合わせガラス用中間膜や液晶ディスプレイ用接着剤など、産業に不可欠なさまざまな製品を提供し、社会課題への貢献を目指してきました。
今、世界中で再生医療や遺伝子治療など、細胞を活用した産業が立ち上がりつつあります。そこで、これまで培ってきた技術を活用して、生産性や品質面・保管面での安定性向上など従来の弱点をカバーする足場材を提供し、細胞培養の産業化を促進するお手伝いができないかと考えたのが、開発のきっかけです。iPS細胞やES細胞が接着・増殖し、プラスチックと同等に取り扱える足場材は製品として知られていないため、新しいコンセプトのご提案ができたと考えています。

羽根田さん

足場材とは、細胞をプラスチックやガラスのシャーレやプレートなどの培養容器の表面に定着させるための接着剤のようなものです。細胞は生体の中ではタンパク質によって接着しています。この生体内の環境を再現しないと、細胞は機能を維持できず、変質したり細胞死につながったりします。そこで、容器表面に塗って生体内と似た環境をつくり、容器を細胞の定着しやすい環境にしてあげるのが、足場材の役割です。私たちも住宅の床にフローリング材を張ったり、カーペットを敷いたりして、住みやすい環境に整えますよね。そんなイメージが近いかもしれません。

羽根田さん

細胞の接着性や増殖性を指標としました。接着できなかった細胞は、ひしゃげたり伸びたり、変な形になります。そこで開発初期段階では接着性については、顕微鏡で細胞の形を目視し、10点満点で評価しました。増殖性については、培養容器から剝がした細胞を染色し、計測装置で計数して評価しました。

羽根田さん

これまでにないまったく新しいチャレンジでしたので、既知の材料や手法をマイナーチェンジしていくという一般的な開発手法がとれなかったことです。材料設計や指標についての仮説も諸説ありすぎて、どれに依ればいいかよくわからない。結局、膨大な数のサンプルを作製し、検証して絞っていく手法が最も効率的な状況でした。中でも困ったのは、接着できているのに増えていかなかったり、増えてはいても形が良くなかったりするケースです。これが意外と多くて、何が原因なのかなかなかわかりませんでした。そんな時、ある展示会でBioStudio-Tに出会いました。一目で「これは使える！」と思いました。実際に導入してみたら、まさに狙い通りの結果が得られました。

羽根田さん

タイムラプス撮影機能で観察したところ、細胞のミクロ的な「動き」に指標作成のカギがあることがわかったのです。

羽根田さん

タイムラプス観察を始めた頃は、10分から20分ごとに1週間にわたって撮影しました。そうして数多くのデータを解析するうちに、播種から1～2時間の間が最も重要な期間であることがわかりました。うまく接着できなくて生存するためのシグナル回路を刺激できず、細胞の調子が悪くなってしまうことがあります。時には細胞が苦しそうに小刻みに動いたのち、形を維持できずに細胞内の臓器ともいえる小器官をまき散らしながら死んでしまうこともありました。「播種」工程は細胞にとって負担が大きいと一般的にも知られていますが、それを目の当たりにすると、本当に生存環境を激変させる一大事件だということがわかります。細胞を育てる材料を開発するということは、そうした細胞のライフイベントにしっかりと寄り添うことがとても大切だということですね。

羽根田さん

ニコンさん以外のものを知らないので、他社さんのものとの比較はできませんが、細胞の「足」の部分まで確認できたり、周囲長とアスペクト比（縦辺と横辺の長さの比）を見ながら観察できたり、細胞突起の数もしっかり数えられたりなど、観察結果を指標作成につなげられたのはBioStudio-Tがあったからこそだと考えています。

羽根田さん

BioStudio-Tは培養容器が揺れないことも大きなメリットでした。レンズがプレートの下で動くため容器を動かす必要がない。しかもレンズ駆動モーターの振動がプレートに伝わらないので容器が揺れることもありません。こうした配慮がされている装置でなければ、播種直後の細胞が接着するかしないかというセンシティブな時点での情報を、正確に得られなかったかもしれません。外的なノイズに影響されないのは、とても助かります。また、プレートを外して培地交換した時、ミクロン単位で制御されているので、メカ的な誤差によるズレが少ないことにも助けられました。

羽根田さん

そうですね。当時は足場材上に播種された細胞が、遊走しながら増えていくというライフイベントをひたすら観察していました。じっと我慢しながら増えていたり、激しく動きながら増えていたり、化学合成樹脂の設計によって変わって来ます。細胞の運命を制御しているんだなという想いに浸りながら、開発していました。

羽根田さん

細胞を培養するための容器は、これまでは同じロットであってさえ表面性が不均質な場合がありました。しかもタンパク質足場材ではムラが生じます。細胞培養を産業化する際には、これらのばらつきは品質管理の面からも歩留まりの面からも大きな問題です。今回開発した「化学合成樹脂足場材」であれば常に同等の表面接着性を担保でき、色々な形状の培養面に修飾可能ですので、細胞培養に最適な容器を提供できます。その意味で、再生医療に利用する細胞を製造する際のキーマテリアルになると考えています。

羽根田さん

はい。ですので、さまざまな細胞に対応できるよう、タンパク質系のリガンドで修飾をしています。細胞は種類によって性質がまったく異なります。例えば心筋細胞は疎水性を好み、MSC（間葉系幹細胞）などは親水性を好みます。私たちの「化学合成樹脂足場材」は、細胞の好みに応じたカスタムチューンを、リガンドを含めた樹脂設計で実現します。これはタンパク質由来足場材ではできないことです。
現在は各種の安全性試験も進め、細胞製造現場で安心してご使用いただけるよう、製品としてさらに仕上げるところです。また、臨床の先生方との共同研究も進めています。今後は、治療薬パイプラインの開発現場の声をお聞きする活動を進めていきたいと考えています。