組織工学という概念が生まれたのは、30年余り前の1988年のことである。この分野で極めて重要な研究を行ったとされる2人の人物は、外科医のジョセフ・バカンティ氏と、マサチューセッツ工科大学の教授であるロバート・ランガー氏である。しかし、「組織工学」という用語が一般に広く知られるようになったのは、それから約10年後、�名高い「バカンティ・マウス」――背中に人間の耳を持つマウス――が公表されてからのことである。
このマウスは、動物の権利活動家からの反発を招いたほか、科学を理解していなかった多くの人々からは遺伝子工学への恐怖を呼び起こした。一方で多くの人々にとっては、興奮と驚嘆をもたらすものであった。「人間の耳を育てられるのなら、なぜ腎臓や肝臓、目を育ててはいけないのか？」こうして、希望と誇大な期待に満ちた組織工学の時代が生まれた。
バカンティ・マウスは今日でも依然として印象的であり、科学における大きな前進を示すものであった。しかし、研究者たちが実際に何を行ったのかを正しく理解している人は今でも多くない。その「耳」は、実際には生分解性のプラスチックの網目構造を所望の形状に成形し、そこに牛から採取した軟骨細胞を振りかけて、マウスの皮下に移植したものであった。研究者らは12週間後にその「耳」を取り出し、構造内部に新たな軟骨が形成されていることを確認した。
組織工学の基本的な考え方は、今日でも変わっていない。一般に、生分解性の材料を目的の臓器や組織の形状に成形する。この構造物はしばしば「足場（スキャフォールド）」と呼ばれる。その足場に適切な種類の細胞を播種する。実験室内での移植または成熟の後、足場はゆっくりと分解されていくことが期待される。そして分解に伴い、細胞が自ら組織化し、機能的な臓器または組織を再構築することが期待されている。
しかし、30年にわたる熱心な研究にもかかわらず、私たちは依然として、腎臓や肝臓、心臓を実験室で育てるのではなく、臓器提供に頼っている。では問題は、この研究によって現実世界で応用されるものが生み出されたのか、ということである。
その答えを探るため、メルボルン大学で生体医工学部長を務め、組織工学の専門家であるアンドレア・オコナー教授に話を聞いた。
ダニエル・ヒース――組織工学は、臨床において何らかの実質的な影響を与えてきたのか？
アンドレア・オコナー――ええ、もちろんです。最も成功した例は、INTEGRAとOsteoporeの2つです。INTEGRAは皮膚の修復に用いられます。通常は火傷の後に、損傷した皮膚の部分を覆うように配置します。この材料は2層構造になっています。損傷した組織に接する内層はコラーゲンのマトリックスです。コラーゲンは、新しい皮膚細胞や血管が損傷部位に成長するのを助け、修復を促進します。外層は非分解性のフィルムで、感染や損傷部位からの体液の喪失を防ぐ障壁として機能します。治療から数週間後、外層を剥がすと、新たに再生した真皮（皮膚の内層）が現れます。Osteoporeもまた成功例の一つです。これは多孔質の生分解性材料で、頭蓋顔面外科手術において骨の修復に用いられます。
DH――組織工学がより大きな影響を与えることを妨げている主な障壁は何であり、これらの課題はどのように解決できるのでしょうか？
AO――私の考えでは、最大の課題の一つは血管新生です。体内では、ほぼすべての組織の細胞が、血管から約200マイクロメートル以内に存在しています。これらの血管は細胞の生存に不可欠です。血管がなければ、細胞は十分な酸素や栄養を受け取れず、死滅してしまいます。200マイクロメートルは非常に短い距離であり、人間の髪の毛数本分の幅に相当します。研究者たちは実際に、血管網を含む組織を実験室で構築することにかなり長けてきました。しかし、こうした構造物を移植すると、血管が患者さんの血管と十分な速さで接続できないのです。その結果、実験室で苦労して構築した組織が、移植の過程で生存できないことがあります。
3Dプリンティングや類似の技術が、これらの問いに答える大きな助けになると考えています。世界中の多くの研究者が、あらかじめ形成された血管チャネルを含む構造物を作製し、それを血液供給に速やかに接続できるようにすることを検討しています。このような方法によって、より大規模で、より成功した組織工学的構造物を構築できるようになることを期待しています。
彼女は、足場に播種するために必要な適切な種類と数の細胞を確保することなど、他の課題も存在すると述べた。
AO：例えば腎臓を育てようとする場合、腎臓に存在する多くの種類の細胞を大量に必要とします。しかし、それらをどこから入手すればよいのでしょうか？ほとんどの人は自分の腎臓にとても愛着がありますからね！さらに、腎臓には非常に多くの種類の細胞が存在し、それらは極めて複雑な構造の中で組織化されています。この構造がなければ、組織工学によって作製された腎臓は正しく機能しないでしょう。
現在、多くの人々が、患者から幹細胞を分離し、それを大量に増殖させ、適切な細胞種へと分化させたうえで、これらの細胞を組織工学用の足場に播種する方法を検討しています。また、3Dプリンティングが、これらの細胞を適切な構造に組織化し、より機能的な組織を構築する役割を果たすことも期待しています。
臨床における組織工学の実用化を遅らせているその他の大きな障壁は、規制面と商業面です。新しい技術は、長年にわたる臨床試験を経なければなりません。これらの治療法が安全で有益であることを確認してから、初めて日常的に治療に用いることができます。しかし、この厳格な試験によって、新しい治療法が一般の人々の役に立つまでの速度が遅くなっているのも事実です。
また、こうした臨床試験には数百万ドルものコストがかかります。それを実現するためには、大手企業やベンチャーキャピタルを説得し、その技術の開発に投資してもらう必要があります。有望な進歩の多くは、その発明を臨床段階まで進めるのに十分な資金を確保できていません。私たちは、実験室での開発と臨床試験の間の段階を「死の谷」と呼んでいます。多くの技術が、この谷を越えられずにいるのです。
DH――この分野の現状における最先端はどこにあり、今後5年間で組織工学はどこへ向かうのでしょうか？
AO――治療目的のために臓器全体や組織全体を作製し続ける取り組みに加え、オルガノイドや微小生理学的システムが、ワクワクするような発展分野となっています。臓器全体の腎臓や他の臓器を作製することは困難ですが、主要な機能の一部を再現する、より小さなサイズのものを実験室で培養することはできます。
多くの研究グループが、マイクロ流体工学を用いてこれらのオルガノイドを接続し、「チップ上のヒトの身体」の側面に近いものを作り出そうとしています。こうしたシステムは、薬剤のスクリーニングや個別化医療の分野で大きな可能性を秘めています。
現在も、薬剤は動物で試験されています。しかし、これは倫理的に難しく、ほとんどの動物が多くの薬剤に対してヒトと同じ反応を示さないことは、よく知られています。ここには、実際に人に投与される前に、ヒトにより近いシステムで薬剤をスクリーニングできるプラットフォームを作る可能性があります。これにより、必要とされる動物実験の数を減らし、薬剤がヒトの生理機能とどのように相互作用するかについて、はるかに優れた情報を得られるようになると思われます。
完全に新しい科学分野の発展において、30年は短い期間です。特に、複雑で厳しく規制された医療分野で活動している分野ではなおさらです。これまでのところ、組織工学の進歩は、実験室の研究から臨床へと非常にうまく応用されており、数千人もの人々が恩恵を受けています。
研究が継続されるにつれ、この分野はさらに成熟し、新しく刺激的な治療法が臨床現場に登場していくでしょう。しかし、そのためには、この科学分野への継続的な資金提供、この分野における未解決の課題に取り組むための優れた科学者や技術者による一致した努力、そして、これらの技術が「技術的な死の谷」を確実に乗り越えられるよう、産業界による積極的な支援が必要となるでしょう。
