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大阪大学实现自动化量产iPS制视网膜,大幅度降低成本!
作者:小编 时间:2019-10-30 10:57:11
iPS细胞是能够分化成各种组织器官的万能细胞,也称为人工诱导多功能干细胞,在iPS细胞研究领域,日本一直走在世界前沿,前段时间,小编就写过一篇前沿播报丨东京医科齿科大学教授用人类iPS细胞成功培育出微型多种器官!》,介绍了iPS细胞制备迷你多器官。日本医学界投入大量精力在iPS细胞研究上,目前已经小有成效,想要实现临床应用的关键就是保证高品质细胞稳定且规模化的培养制备。现阶段一直依赖于人工培养的方式,不仅效率低下,耗时耗力、品质不稳,成本极高,最重要的是无法实现量产。

为了解决这一难题,大阪大学研究生院的工科研究科生命先端科学系的纪冈正博教授,和涩谷工业株式会社等合作开发了用于iPS细胞由来视网膜色素上皮细胞(PRE)工业化生产的自动机械设备。从iPS细胞的培养到PRE细胞的回收,整个生产工艺实现了全自动化。


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纪冈正博教授等开发的细胞全自动培养设备


iPS发展历程


2014年,日本国立研究开发法人理化学研究所(理研)的高桥政代教授在神户市立医疗中心中央市民医院用患者自身的iPS细胞制成视网膜细胞,这是世界首例iPS细胞的临床研究。2017年,理研、神户市立医疗中心中央市民医院、大阪大学、京都大学等联合实施了首次异体iPS细胞由来视网膜细胞移植给湿性年龄相关性黄斑变性患者的临床试验。到19年4月,经观察,视网膜全部着床成功,患者视功能恢复良好,iPS细胞首战可以说是大获成功。而就在10月份,大阪大学新研究,利用iPS细胞培养心脏瓣膜细胞直接贴合在心脏上的研究也在医学界掀起了轩然大波。iPS细胞可以说是现代先端医学的代表。

 

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视网膜移植手术项目主要负责人:理研教授高桥政代,先端医疗中心医院眼科部长栗本康夫,京都大学教授山中伸弥


2019年3月14日,日立制作所和理研宣布,他们利用全封闭小型自动培养设备,首次实现了人源iPS细胞到视网膜色素上皮细胞片层的自动培养。由于技术水平不同的研究人员培养出的细胞差异性极大,但这种差异化又很难实现数字化评估,所以不同人培养的细胞效果也差异巨大。本次研究团队通过多种标志物解析比对,证实机器培养的细胞片达到了熟练技术员人工培养的品质水平。由此证明细胞片层自动培养的可行性。


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全封闭小型自动培养设备(左)和自动培养成的RPE细胞片层(右)


用新开发的全自动培养设备,将iPS细胞和相关培养试剂配置好后按下开关,4个月后就能制备好满足250人移植需求的视网膜组织。iPS细胞极为娇气,大幅度摇晃都可能引起细胞死亡。于是纪冈教授利用加速度传感器,手动调查了震动对细胞的影响。结果发现手抖动的瞬间对细胞造成的冲击巨大。因此纪冈教授又对培养设备做了加速度应对改良,最终实现了高品质细胞组织的制备。


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 网膜色素上皮细胞培养中


研发团队同时也力争降低细胞组织制备成本。一般来说培养体积在1升以下,纪冈教授本次采用了5升体系,通过轻柔晃动的方式一批能成功培养约100亿个iPS细胞。如果用于制备视网膜细胞,生成成本则可以降到之前的十分之一。但由于培养前iPS细胞制作本身的成本仍然很高,所以目前用于移植的话,平均一人的总成本尚且只能减少到500万日元左右。此前理研主导的iPS细胞由来视网膜移植手术采用人工定制培养,费用约为1亿日元。


日本大阪大学西田幸二教授领衔的研究团队8月29日宣布,他们完成了全球首例利用诱导多能干细胞(iPS细胞)培养出的角膜组织进行移植的临床手术。NHK报道指出,iPS细胞运用到再生医疗的临床研究中,过去曾做过视网膜细胞的移植手术,但用在眼角膜移植乃世界首例。下一步角膜的低成本量产技术也是重中之重,目前一台手术约耗费1000万日元,团队希望最终降到二三百万左右。

 

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西田幸二教授(右)和捐赠课程教授林龙平(左)在2019年8月29日大阪大学吹田校区新闻发布会现场 


iPS细胞注定是未来医学发展的趋势,通过量产化降低成本可以让更多的失明患者等到重见光明的那一天,量产不仅可以减轻患者负担,也为今后的可持续发展打下基础。


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秋元 哲夫 部长/教授
粒子线医学开发领域长
东医院 副院长(教育担当)<
擅长:放射线治疗,质子治疗,临床试验,化学放射线疗法,放射线生物

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