新たなバイオプリンティング技術
によって、創薬実験に貢献する

どうやってiPS心筋細胞を生きたまま塗布するか

「X-CELList」はこれまで主に、機械系の分野で接着剤や導電性ペーストを塗布する用途で使われてきた。しかし今回塗布するのは、iPS心筋細胞という生きた細胞である。細胞を生きた状態のまま、高速・高精度でプレートの穴に入れていくことが求められるため、装置にさらに改良を加える必要があった。もう一人の開発担当者である森吉眞理子が言う。

「細胞は乾燥するとすぐに死んでしまうため、常に何らかの液体に入っている必要があります。そこで、塗布の手順としては、まずは細胞をゲル状の溶液に混ぜ、その状態で液剤容器の中に入れます。それを塗布針に付着させ、下降する塗布針によってマルチウェルプレート（多数の小さな穴（ウェル）が並んだ実験用のプレート）に塗布します。塗布後にはすぐ、細胞に被せるように保護液剤を滴下し、さらにそれを培養液を滴下します。これが細胞を塗布する工程になりますが、ここで何よりも重要なのは、塗布した後に細胞が生きていて、かつ実験ができる状態を保っていることです」

塗布された後の、細胞とゲル材料の混合物の中には、だいたい1～数万ほどの細胞が含まれている。しかし細胞はわずかな乾燥や衝撃によって死んでしまう。できるだけ多くの細胞が生き残るようにするためには、細胞を取り巻く環境を整え、さらには塗布する際の衝撃をできるだけ小さくすることなどが必要になる。細胞の乾燥を防ぐために特に重要となるのは、ゲルや保護液剤として適した溶液を選ぶことだ。また細胞が受ける衝撃を小さくするには、細胞塗布の際や保護液剤滴下の際の操作に工夫が必要になる。森吉が続ける。

「乾燥を防ぐための最適なゲルや保護液剤を見つけるべく、さまざまな溶液で実験を繰り返しました。多数ある選択肢を地道に一つひとつ試していき、できる限りいい按配の液剤にすべく調整を重ねました。この工程が私にとっては最も労力を必要としたところかもしれません。また、保護液剤の滴下には、塗布針ではなくディスペンサーを用いるのですが、衝撃を抑えるために滴下を最適条件で行うことが必要です。その一方、ゆっくりすぎると細胞が乾燥してしまいます。ちょうどいい按配の滴下方法を見つけることも私の重要な仕事でした」

すべての問題を乗り越えて量産化が実現へ

一方、細胞を塗布する際の操作自体にも工夫が必要となる。その点については塚本がこう話す。

「細胞を塗布する際、塗布針は上下方向に行ったり来たりします。この時、細胞はさまざまな要素の影響を受けるため、ゲル前駆体の粘性や針の動作などの最適なバランスを見極める必要があります。例えば、針の動作の速度を早くしすぎると、精度の低下や細胞へのダメージを与えるため、適切な動作条件を探索します。そこをどうするか難しいところでした」

操作においても極めて微妙な調整が必要なのだ。

創薬実験の高速化・高精度化・コスト削減に寄与する装置へ

上記のような調整や工夫の積み重ねで、少しずつ細胞を生きたままうまく塗布できるようになっていった。細胞の生存率は上がっていき、最終的には90％以上、つまり、ウェル一つの中にある1万～2万のiPS心筋細胞のうち9割以上は生き残らせることができるようになった（下写真の黒くて丸い塊一つがウェル一つに対応）。そしてもう一つ重要なのは、マルチウェルプレートの96個のウェルすべてで正しく塗布が行われるようにすることだ。そこがおそらくこの開発における最大の山場だったと、塚本は振り返る。

「創薬実験を効率よく行えるようにするためには、96個のウェルすべてで正しく塗布することが求められます。しかし、塗布後に細胞の形が崩れたり、保護液剤をうまく被せることができなかったり、ということがどうしても生じてしまいました。そうした問題をなくすためには、例えば、ウェル底面の高さを計測、補正する計算工程を入れることで、塗布針先端とウェル底面の距離を常に一定に制御させたり、ディスペンサーで滴下する保護液剤が目詰まりを起こさないようにするなど、複数の工夫が必要でした。またそもそも『X-CELList』は、真っ平らな平面の上に塗布する仕様になっていたため、10ミリほどの深さを持ったウェルの一番底に細胞を塗布することの難しさもありました。その点も工夫や調整が必要でした。しかしなんとかそういった難しさも、森吉さんや、他の仲間たちとも相談しながら乗り越えることができました」

改良によって実現した新しい機能や操作は、それぞれモジュール化したり調整を加えたりするなどして従来の装置に付加した。その結果、高速・高精度で細胞の塗布ができる装置が完成した。高精度で適量の塗布ができるようになったため、使用する細胞も節約でき、コスト削減にもつながる装置となったのだ。

こうして完成した新しい装置は、近々商品として販売予定だ。現在、設計担当者によってコンパクト化やブラッシュアップが行われている。例えば、細胞を扱う環境をよりクリーンにするために塗布針を使い捨てにできる機能を加えたり、装置の形状を工夫したりといった具合だ。その完成ももう間近だという。

ますます広がるNTNのライフサイエンスへの挑戦

抗原検査キット開発への活用も続く

商品化されてもそれで終わりではない。いまも塚本と森吉は、装置のさらなるバージョンアップのために研究を続けている。一方、冒頭で触れた浜松医科大学との共同研究も引き続き進んでいる。こちらの研究は、高感度抗原検査キットの開発過程で「X-CELList」を利用するというもので、細胞塗布の場合とは用途や取り組むべき問題が異なっている。担当しているのも別のメンバーだ。「X-CELList」の活用でこれまでにない高感度の抗原検査キットが作ることが可能になるが、いまはキットの制作過程をいかに高速化できるかという点で、さまざまな検討・工夫を進めているところだという。

両研究ともに、決して簡単ではないものの、今後社会に与えるインパクトは小さくない。NTNのライフサイエンス分野での今後の事業の広がりが楽しみだ。

「NTNとライフサイエンスが結びつくようになってきた」

塚本は元々、大阪大学大学院生命機能研究科とNTNとの共同研究に、大阪大学側の研究者として参加していた。だが、学位取得後にNTNに入社してNTN側で研究に携わるようになった。立場が変わり、研究者として求められることも変化したが、それがいま塚本にとっては大きなやりがいとなっているようである。

「大学では、ある意味細胞だけに意識を集中して研究することができましたが、いまは、細胞自体に加えて塗布装置という機械をどうやってよりよくするかという視点も持つようになりました。その分やることが増えて、考えることも複雑になったように感じます。また大学では、今までにない新しいものを生み出すことが価値だった一方で、企業ではお客さまの困りごとをどれだけ解決できるかが重要です。そのためには装置をどう仕上げればいいか、どのような機能を実装していけばお客さまに喜ばれるか。多様な観点から日々たくさん新しいことを学べています。大変ですが、とても楽しく研究を進めることができています」

一方の森吉は、学生時代には材料工学を学び、当時の専門は化学分野だ。NTNに入社して、まさかライフサイエンス分野の研究に携わるとは思ってもみなかったという。当初は社内でも、自身が取り組んでいる研究について詳しく知らない人が多かった。しかし、「X-CELList」の仕事が形となって、学会でも成果を発表できるようになると、だんだんと周囲からも認知されるようになったという。

「最近ようやく、NTNとライフサイエンスという言葉が結びつくようになってきたと感じます。そうなる一端を担えたと思うと、とてもやりがいを感じます。今はまだ少人数でやっていますが、これから徐々に事業が拡大され、NTNがライフサイエンスの会社としても認知してもらえるようになるように、ますますがんばっていきたいです」

NTNのライフサイエンス分野への挑戦はまだ始まったばかりである。塚本、森吉、そしてその仲間たちは、さらなる未来を見つめている。

※取材内容、および登場する社員の所属はインタビュー当時のものです。