再生医療産業における動向として、再生医療製品の国内市場規模が、2012年では約90億円と算出され、今後、iPS細胞などの出現により、2030年には1兆円(世界市場規模12兆円)と大幅に飛躍することが期待されている。一方、世界で再生医療製品は、51品目(2012年12月)承認されているが、本邦の再生医療製品は、2品目(表皮シートと培養軟骨)に留まっている(経済産業省 再生医療の実用化・産業に関する報告書、H25.2)。国際的な市場確保には、技術の更新や技術統合、および国際標準化・規制改革・人材育成を含めた産業活動、いわゆる再生医療産業分野における「コトづくり」が不可欠である。
「コトづくり」を成し遂げるには、日本の強みを統合する必要がある。本邦の優勢な技術としては、iPS細胞培養、細胞シート、自動培養装置が挙げられ、これらをシステム化して、本邦発の細胞製造技術を確立・海外展開することが再生医療産業への貢献と考えられる。また、昨年11月に成立した2つの法律(「再生医療等の安全性の確保等に関する法律(新法)」「薬事法等の一部を改正する法律(改正薬事法)」)が成立したことや再生医療学会での「再生医療認定医制度」や「臨床培養士制度」による人材育成により、今後、産業化の後押しとなって、本邦の製造技術の構築がますます重要となり、急務な課題となっている。
本書では、「再生医療の細胞培養技術と産業展開」として、「培地・添加剤・輸送」「培養装置施設」「モニタリング・評価」の種々の技術内容から「応用研究ビジネスプラン」まで、さらに、規制、標準化、コスト、保険に関する情報を提供する。本書は、培養を行っている方々や装置開発、さらには、再生医療をビジネスに展開する方々に対し、最新の臨床応用さらには製造環境までの全体像を把握できる内容とした。今後、本書が細胞治療・再生医療のへのコトづくりに活用への一助として、広く活用されることを願う。
目次
【第1編 総論】
第1章 コトづくり―再生医療の将来展望 (紀ノ岡正博)
1 はじめに
2 コトづくり
3 おわりに
第2章 細胞培養の役割 (水谷学)
1 はじめに
2 再生医療における細胞培養
2.1 細胞培養の目的
2.2 医薬品の製造に近い細胞の大量生産
2.3 テーラーメイド医療における典型的な細胞培養
3 細胞培養の役割
3.1 臨床に用いる再生医療製品の品質確保
3.2 再生医療製品の保存と搬送
4 細胞培養に求められるもの
4.1 品質マネジメント体制の構築
4.2 細胞培養施設(細胞加工施設)
4.3 テーラーメイド医療における運用管理
4.4 最終製品における安全性・有効性確認
5 細胞培養の将来展望
5.1 再生医療の普及・産業化に向けた規制改革
5.2 改正薬事法と再生医療新法の概要
第3章 培養装置の役割と要素技術 (石川陽一)
1 はじめに
2 シングルユースバイオリアクター
3 培養装置
3.1 条件検討用培養装置
3.1.1 通気機構
3.1.2 測定制御
3.1.3 培養槽
3.1.4 撹拌翼
3.1.5 DOセンサー
3.1.6 pH センサー
3.2 30ml-6連簡易培養装置
3.3 30ml-6連高機能培養装置
4 おわりに
第4章 再生医療/細胞治療における細胞培養に関する規制 (佐藤陽治)
1 はじめに
2 再生医療関連法の成立
2.1 「医薬品医療機器等法」
2.2 「再生医療等安全確保法」
3 再生医療に係わる基準・指針など
3.1 ヒト幹細胞を用いる臨床研究に関する指針
3.2 生物由来原料基準
3.3 製造販売承認の要件としての基準
3.4 「細胞・組織利用医薬品等の取扱い及び使用に関する基本的考え方」
3.5 ヒト(自己/同種)由来細胞や組織を加工した医薬品又は医療機器の品質及び安全性の確保に関する指針
3.6 ヒト幹細胞加工医薬品等の品質及び安全性確保に関する5指針
4 再生医療等製品に関する新しい基準の策定
5 再生医療等提供基準
第5章 標準化(ISO)動向 (廣瀬志弘)
1 はじめに
2 再生医療分野における国際標準化の動向
3 再生医療分野における国際標準化の戦略と課題
4 おわりに
第6章 コスト (神谷卓郎、水谷学、紀ノ岡正博、江上美芽、岡野光夫)
1 はじめに
2 特定細胞加工物製造事業者とは
3 コストの考え方
3.1 特定細胞加工物製造事業者の業務
3.2 特定細胞加工物製造事業者のコストの考え方
3.2.1 直接業務に必要なコスト(製造原価)
3.2.2 間接業務に必要なコスト(販売費・一般管理費)
3.2.3 直接業務,間接業務のコストを賄うために必要な資金調達にかかるコスト
4 コストシミュレーション
4.1 シミュレーション手法:ライフサイクルコスティング
4.2 設定モデルケース
4.2.1 製造原価にかかるコスト設定
4.2.2 販売費・一般管理費にかかるコスト設定
4.2.3 資金調達にかかるコスト設定
4.3 シミュレーション結果
4.3.1 年間加工受託量の影響
4.3.2 施設・設備の別による影響
5 将来のコスト削減の可能性
5.1 スループットの向上
5.2 自動培養の進展
5.3 他家細胞の使用
6 おわりに
第7章 臨床研究保険 (宮川昌夫、三浦将史)
1 はじめに
2 補償に関するルール
2.1 ヘルシンキ宣言
2.2 医薬品の臨床試験の実施の基準に関する省令と治験
2.3 臨床研究に関する倫理指針,ヒト幹細胞を用いる臨床研究に関する指針
2.4 再生医療等の安全性の確保等に関する法律
3 補償措置が求められる臨床研究の範囲
3.1 臨床研究倫理指針の要請
3.2 ヒト幹臨床研究指針の要請
3.3 補償措置が必要な臨床研究の範囲
4 臨床研究保険の概要
4.1 賠償責任条項と補償責任条項
4.1.1 賠償責任条項
4.1.2 補償責任条項
4.2 保険期間とテールカバー期間
4.3 免責条項
4.4 被保険者の範囲
4.5 保険料
4.6 包括契約方式と個別契約方式
【第2編 培地・添加剤・輸送】
第8章 足場材料の現状と今後 (田畑泰彦)
1 再生医療の守備範囲
2 細胞周辺環境を提供するバイオマテリアル
3 再生治療に対する足場材料技術
4 再生研究に対する足場材料技術
5 足場技術を利用した再生医療の未来に向けて
第9章 培養液 (上田忠佳)
1 組織培養と培養液の歴史
2 培養液の基本的な組成
2.1 無機塩類
2.2 アミノ酸
2.3 ビタミン
2.4 糖など有機化合物
2.5 微量元素(Trace Element)
2.6 脂肪酸,脂質
2.7 ホルモン,タンパク質
3 主な基礎培養液
3.1 199培地
3.2 BME培地
3.3 Alpha-MEM培地
3.4 D-MEM培地
3.5 RPMI1640培地
3.6 F10培地
3.7 F12培地
3.8 L15培地
3.9 McCoy培地
3.10 MEM培地
3.11 DF12培地
3.12 MCDB培地
3.13 混合培地
4 血清の役割と無血清培地
5 無血清培養液
6 無血清培養液の分類
6.1 血清代替品添加培養液
6.2 Defind培養液,Chemically Defind培養液
6.3 Xeno-Free培養液
7 代表的な幹細胞用無血清培地(国内開発・製造品)
7.1 ヒトES/iPS用 Feederレス,Defind無血清培養液 「S-Medium」
7.2 ヒト間葉系幹細胞用無血清培養液「STKシリーズ」
8 再生医療に望まれる無血清培養液の必要条件
9 まとめ
第10章 再生医療用保存液の開発 (馬場憲三、今松伸介、安成晧、田川陽一)
1 はじめに
2 細胞保存液開発のきっかけ
3 血清フリー細胞保存液の開発
4 多数サンプル用細胞保存液の開発
5 再生医療用保存液の開発
6 再生医療実現のために
7 今後に向けて
第11章 培養基材 (山本卓司)
1 はじめに
2 ゼラチン
3 コラーゲン
4 ラミニン
5 コラゲナーゼ
6 おわりに
第12章 培養容器をはじめとする再生医療支援製品 (塚田亮平)
1 ライフサイエンスにおける当社のあゆみ
2 高水準の品質管理がなされた培養器材
3 大量培養のための多段フラスコ
4 タンパク質吸着抑制表面処理を施した培養器材
5 胚様体形成用培養容器
6 高効率細胞回収用遠沈管
7 糖鎖を指標とした細胞の品質管理の可能性
8 おわりに
第13章 細胞搬送・輸送 (信濃宏樹)
1 はじめに
2 再生医療におけるバリューチェーン
3 再生医療における輸送の現状
4 再生医療 搬送のあるべき姿(実現するための具体策含む)
5 事例紹介
6 海外における搬送・輸送基準
7 今後の展開・課題
【第3編 培養装置施設】
第14章 バッグ培養 (榎竜嗣、峰野純一)
1 はじめに
2 ガス透過性細胞培養用バッグとは
3 ガス透過性細胞培養用バッグの取り扱い方法
3.1 バッグの構造
3.2 ヘモスタットによるチューブのクリップ
3.3 無菌接合装置によるチューブの接合
3.4 チューブシーラーによるチューブの切断
3.5 輸液スタンド
3.6 バッグからバッグへの液体注入方法
3.7 漏斗による注入
3.8 バッグ内の空気抜き操作
3.9 培養面積の縮小
4 ガス透過性細胞培養用バッグを用いたT細胞の拡大培養
5 ガス透過性細胞培養用バッグを用いたレトロウイルスベクターによるT細胞への遺伝子導入
6 おわりに
第15章 ES/iPS細胞の浮遊攪拌培養 (和田昌憲、松浦勝久)
1 はじめに
2 スクリーニングまたは小スケール生産用途のバイオリアクター
2.1 全容250mLバイオリアクター
2.2 マウスES細胞の培養例
2.3 ヒトiPS細胞の培養例
3 スケールアップ培養用途のバイオリアクター
3.1 リッタースケールのバイオリアクター
3.2 マウスES細胞の培養例
3.3 ヒトiPS細胞の培養例
4 培養工程のオンラインリアルタイムモニタリング
4.1 静電容量によるオンライン生細胞数計測
5 おわりに
第16章 細胞培養加工施設 (山本宏)
1 はじめに
2 セルプロセッシングセンター(CPC)
2.1 GMPに準拠したCPC
2.1.1 GMPの3原則
2.1.2 ハードウェア(施設・設備)
2.1.3 ソフトウェア(施設運営とGMP支援システム)
2.2 CPC運用の問題点
3 セルプロセッシングワークステーション(CPWS)システム
3.1 システム構成
3.1.1 細胞操作モジュール
3.1.2 細胞培養モジュール
3.1.3 遠心分離モジュール
3.1.4 細胞観察モジュール
3.2 除染パターン
3.3 CPWSシステムの導入効果
4 まとめ
第17章 ロボット加工
1 無菌ロボットシステム (米田健二)
1.1 はじめに
1.2 従来の細胞操作設備の最も重要な問題
1.3 アイソレータとその除染技術
1.4 再生医療における自動装置
1.5 無菌ロボットシステムの開発
1.6 ロボットの無菌検証
1.7 除染インターフェイス
1.8 まとめ
2 臨床使用を目指した細胞自動培養システムの開発 (中嶋勝巳)
2.1 はじめに
2.2 自動除染技術
2.3 ロボット技術
2.4 管理技術
第18章 角膜および食道再生用小型自動培養装置 (小林豊茂)
1 はじめに
2 細胞処理施設
3 日本の細胞処理施設の特徴
4 自動培養装置の必要性
5 角膜および食道再生用小型自動培養装置
6 今後の展開
7 おわりに
【第4編 モニタリング・評価】
第19章 品質評価
1 再生医療等細胞製剤の品質評価法:ウイルス・マイコプラズマ試験
(清水則夫、渡邊健、高橋秀行、外丸靖浩、森尾友宏)
1.1 はじめに
1.2 再生医療のウイルス安全性確保
1.2.1 原材料のウイルス検査
1.2.2 製造工程におけるウイルス検査
1.2.3 最終調製物のウイルス検査
1.3 再生医療のマイコプラズマ安全性確保
1.4 新しいウイルス・マイコプラズマ検査系の開発と再生医療への応用
1.4.1 ウイルス検査系
1.4.2 マイコプラズマ検査系
1.4.3 ウイルス・マイコプラズマ同時検査系
1.5 細胞培養工程におけるウイルス動態の検討
1.6 おわりに
2 細胞品質のモニタリング評価・モデル化 (加藤竜司)
2.1 はじめに
2.2 再生医療における培養細胞の品質
2.3 再生医療における培養細胞品質評価の課題
2.4 非侵襲的な細胞品質評価技術の有効性
2.5 非侵襲的な細胞品質評価技術における課題
2.5.1 現品検査・全品検査のための課題
2.5.2 リアルタイム評価・繰り返し評価の課題
2.5.3 フェノタイプデータ取り扱いの課題
2.5.4 患者固体差に対する課題
2.6 最後に
3 画像処理による診断 (備瀬竜馬)
3.1 はじめに
3.2 評価対象
3.3 画像処理技術と認識技術
3.4 細胞アピアランス及び挙動の定量化
3.4.1 静止画における細胞画像解析
3.4.2 細胞挙動解析
3.5 細胞評価
3.6 まとめ
第20章 製品評価 (菅原桂)
1 はじめに
2 工業製品としての再生医療製品
3 国内外の再生医療製品と品質に関する規制・ガイダンス
4 自家培養軟骨ジャック®の開発
5 製品としての品質保証体制
6 国内の法改正と今後の展望
【第5編 応用研究ビジネスプラン】
第21章 免疫細胞を用いた研究
1 免疫細胞を用いた先端的がん治療 (白木正人、鈴木邦彦)
1.1 はじめに
1.2 ビジネスモデル
1.2.1 免疫細胞療法総合支援サービスの枠組み
1.2.2 免疫細胞療法総合支援サービスの内容
1.2.3 今後の免疫細胞治療のビジネス形態
1.3 先端的な免疫細胞治療
1.3.1 樹状細胞ワクチン療法
1.3.2 遺伝子改変抗原特異的エフェクター細胞療法
1.4 おわりに
2 難治性固形癌に対する樹状細胞ワクチン療法 : Vaccell(R) (小林正学、米満吉和)
2.1 はじめに
2.2 樹状細胞ワクチンの作製
2.3 膵臓癌に対する樹状細胞ワクチン療法
2.4 非小細胞肺癌に対する樹状細胞ワクチン療法
2.5 胆道癌に対する樹状細胞ワクチン療法
2.6 おわりに
第22章 間葉系幹細胞を用いた再生医療事業―無血清培地により作製した滑膜由来MSC(軟骨再生材“gMSC(R)”)の開発― (鈴木輔、邵金昌、辻紘一郎)
1 はじめに
2 間葉系幹細胞(MSC)を選んだ理由?
3 他家移植のためのMSCの大量培養は可能か?
4 MSCの大量培養を実現する技術
5 商業用に組織の入手は可能か?(MSCの薬事戦略)
6 MSCを用いた再生医療製品の産業化
第23章 ES/iPS細胞を用いた研究 (鍵本忠尚)
1 はじめに
2 加齢黄斑変性とは
3 iPS細胞由来網膜色素上皮細胞の作製法および治療法について
4 有効性の検討について
5 安全性の検討について
6 加齢黄斑変性(AMD)における市場について
第24章 心筋シート作製 (澤芳樹)
1 はじめに
2 重症拡張型心筋症患者に対する自己筋芽細胞シート移植
3 重症心不全に対する自己筋芽細胞シートによる心筋再生治療
4 iPS細胞による再生医療研究の現状と将来
5 iPS細胞による創薬研究
第25章 角膜の再生医療 (辻川元一、西田幸二)
1 はじめに
2 角膜上皮の再生医療
3 培養角膜上皮シート移植
4 口腔粘膜を用いた自家培養上皮細胞シート移植
5 多能性幹細胞を用いた角膜上皮再生医療
6 角膜内皮の再生医療
7 献眼角膜からの再生医療
8 体性幹細胞を用いた再生医療
9 iPS細胞を用いた再生医療
第26章 脂肪幹細胞を用いた研究 (三森朋行、岩畔英樹)
1 はじめに
2 脂肪幹細胞の特徴
3 非培養の脂肪組織由来細胞を用いた臨床応用の可能性
4 ADRCsに期待される作用機序
5 脂肪組織由来の細胞を用いた臨床応用への実際
6 脂肪幹細胞を用いた臨床研究
7 ADRCsを用いた臨床試験
7.1 急性心筋梗塞
7.2 慢性心筋虚血
7.3 ハムストリングの損傷
8 ADRCsを用いた今後の新たな臨床開発の展望
9 最後に
第27章 関節軟骨治療研究 (菊地鉄太郎、佐藤正人)
1 はじめに
2 培養軟骨細胞移植
3 軟骨細胞移植の課題
3.1 軟骨細胞の培養と脱分化
3.2 対象疾患と適用拡大
3.3 臨床における複合的要素と成績評価
4 関節軟骨再生治療における新しい技術
4.1 軟骨細胞の培養・移植技術
4.2 積層化軟骨細胞シート
4.3 幹細胞・前駆細胞の利用
4.4 他家細胞の利用
4.5 関節軟骨の評価技術
5 おわりに
第28章 iPS細胞の創薬利用と再生医療応用における現状とNeeds (早乙女秀雄)
1 iPS細胞と創薬活動の現況
2 創薬利用
2.1 候補物質絞込み利用
2.2 臨床試験成功率と市場
3 iPSC由来細胞の利用
4 安全性試験の統一
5 創薬利用の国際化
6 iPSCオープンラボの開設
7 各種の新細胞評価系
7.1 細胞表面の電気生理学
7.2 細胞の動きの生理学
7.3 創薬における2次元から3次元評価
8 再生医療と機器
8.1 細胞製品
8.1.1 維持培養
8.1.2 接着性を高めるツール
8.1.3 再生医療としてのツールとしての完全合成培地
8.2 臨床応用には品質保証
8.3 大量培養機器の開発
9 細胞加工
9.1 高純度の細胞作成
9.2 凍結
9.3 輸送
10 iPSCの再生医療の将来生医療の将来
