iPS細胞培養の品質管理に、属人化を排除！

iPS細胞培養の品質管理に、属人化を排除！

iPS細胞が持つ分化の多能性と高い自己複製能から、神経疾患のモデル樹立や細胞療法に向けた研究が世界中で進められていますが、iPS細胞の持つ分化度や株ごとの性質の違いといった不均質性は、SOP（標準作業手順書）による標準化を困難にし、品質管理において培養者の目や手技といった「経験」への依存を生み出しています。

本記事では、iPS細胞の品質管理における属人化を排除し、プロセス堅牢化へソリューションを提供する装置「LiCellMo」を紹介します。

アプリケーションノート「未分化iPS細胞の代謝速度モニタリングと分化マーカーの発現解析」をダウンロードする。

なぜiPS細胞の品質管理が重要なのか

山中伸弥教授の​グループに​よる​人工​多能性幹細胞​（iPS細胞）の​樹立報告​（200​6年：マウス(1)、​200​7年：ヒト(2)）​以来、​iPS細胞は​再生医療の​将来を​支える​革新的な​存在と​なっています 。​iPS細胞を​加工した​再生医療等製品に​関する​指針は、​品質と​安全性の​確保を​目的に​厚生労働省に​より​随時更新されていますが、​その​品質管理の​重要性は​医療現場だけでなく​研究分野に​おいても​同様です 。​
特に​人工的に​初期化される​iPS細胞は、​樹立された​細胞株ごとに​特性が​異なると​いう​特徴が​あります 。​また、​樹立時のみならず、​長期に​わたる​継代培養の​過程に​おいても​新規の​点突然変異が​蓄積する​リスクが​報告されている​ことから​（3）、​iPS細胞の​持つ​不​均質性には​常に​細心の​留意を​払う​必要が​あります 。

​不均質な​状態のまま​実験を​進めてしまうと、​分化誘導後の​細胞品質や​実験データの​再現性の​低下を​招き、​商業レベルでの​製造プロセスを​構築する​際の​極めて​大きな​課題と​なります 。​したがって、​客観的な​指標に​基づく​適切な​品質管理は、​これらの​課題を​克服し、​一貫性の​ある​研究成果を​得る​ために​不可欠な​プロセスと​いえます 。​

従来のiPS細胞の状態を見る評価指標と課題

 iPS細胞の​未分化状態を​判定する​代表的な​指標と​して、​Nanog​（ECAT4）、​Oct3/4、​Sox2の​発現解析や、​TRA-1-60、​SSEA-4などの​表面マーカーを​確認する​方​法が​あります 。​また​分化状態を​評価する​場合には、​外胚葉​（SOX1、​PAX6）、​中胚葉​（RUNX1、​T(Brachyury）、​内胚葉​（GATA4、​AFP）​等の​特異的マーカーの​解析が​行われます 。​

さらに、​未分化な​iPS細胞は​体細胞と​比較して、​エネルギー代謝経路を​解糖系​（Glycolysis）​へ​強く​シフトさせていると​いう​生物学的な​特性を​持っています 。​この​特性に​着目し、​培地中の​グルコース消費量や​乳酸産生量の​推移を、​細胞の​状態や​品質を​評価する​ための​一つの​指標と​して​活用する​アプローチも​検討されています 。

しかし、​これらの​指標を​確認する​ために​定期的な​サンプリングを​行う​作業には、​多大な​時間と​コストを​要します 。​また、​分子レベルで​分化が​進行していても、​顕微鏡下の​形態（見た​目）には​即座に​反映されないと​いう​タイムラグの​問題が​あります 。​属人的な​形態観察や、​サンプリングに​よる​不連続な​（点での）​濃度測定のみでは、​操作の​最適な​タイミングを​逃すリスクが​あり、​品質の​安定化と​いう​目標に​対しての​課題は​依然と​して​残されたままと​なります 。​

グルコースと乳酸濃度のリアルタイムモニタリング装置で、iPS細胞の品質管理を堅牢に

​ iPS細胞の​繊細な​状態変化を​非侵襲・リアルタイムに​モニターし、​堅牢な​培養プロセスの​構築を​支援するのが、​PHC株式会社の​ライブセル代謝分析装置​「LiCellMo」です 。​LiCellMoは、​培地に​浸漬した​In-Lineセンサー経由で​成分濃度を​連続測定する​ことで、​iPS細胞の​品質管理に​おいて​以下の​大きな​利点を​提供します 。

​ ①​「分化の​予兆」を​数値で​捉える

従来の​表面マーカー判定などで​「未分化」と​評価される​段階であっても、​細胞内部の​代謝レベルではすでに​分化プロセスが​開始している​場合が​あります 。​LiCellMoは、​細胞の​エネルギー代謝​（グルコース消費・乳酸産生）の​流れを​時系列に​沿った​連続的な​データ​（線の​データ）と​して​追跡できる​ため、​顕微鏡下の​形態変化に​先立つ分化の​予兆を​客観的に​捉えられる​可能性が​あります 。

​ ②作業者の​主観的判断の​排除と​標準化

顕微鏡に​よる​目視観察は、​作業者の​経験値や​主観的な​判断に​依存しやすく、​評価の​一貫性を​保つことが​困難です 。​これに​対し、​定量化された​代謝データと​いう​共通の​指標を​用いる​ことで、​個人の​感覚に​左右されない​客観的な​判断基準を​確立し、​チーム内での​評価の​標準化が​可能と​なります 。​ 

③非侵襲測定に​よる​堅牢な​SOP策定への​活用

LiCellMoは​非侵襲での​測定を​実現している​ため、​観察の​ために​インキュベーターから​取り出す必要が​なく、​培養中の​細胞に​与える​物理的な​影響や​環境ストレスを​最小限に​抑えられます 。​サンプリング操作に​伴う​手技の​ブレや​コンタミネーションの​リスクを​排除する​ことで、​再現性の​高い​堅牢な​SOP​（標準作業手順書）の​策定に​大きく​寄与します 。​

iPS細胞の代謝変化をリアルタイムで可視化できるLiCellMoは、iPS細胞の安定的な品質管理に貢献する可能性を秘めた装置です。経験則から脱却し、データによるiPS細胞の品質管理へ― スムーズに導入できるLiCellMoのご利用をぜひご検討ください。

具体的な検証データをご希望の方へ

PHC株式会社による検証データを掲載した、未分化iPS細胞の代謝に関するLiCellMoのアプリケーションノートはこちらからご覧ください。

参考文献

  1. Takahashi K, Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell. 2006 Aug 25;126(4):663-76. doi: 10.1016/j.cell.2006.07.024. Epub 2006 Aug 10. PMID: 16904174.
  2. Takahashi K, Tanabe K, Ohnuki M, Narita M, Ichisaka T, Tomoda K, Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors. Cell. 2007 Nov 30;131(5):861-72. doi: 10.1016/j.cell.2007.11.019. PMID: 18035408.
  3. Araki R, Suga T, Hoki Y, Imadome K, Sunayama M, Kamimura S, Fujita M, Abe M. iPS cell generation-associated point mutations include many C > T substitutions via different cytosine modification mechanisms. Nat Commun. 2024 Jun 11;15(1):4946. doi: 10.1038/s41467-024-49335-5. PMID: 38862540; PMCID: PMC11166658.
  4. Folmes CD, Nelson TJ, Martinez-Fernandez A, Arrell DK, Lindor JZ, Dzeja PP, Ikeda Y, Perez-Terzic C, Terzic A. Somatic oxidative bioenergetics transitions into pluripotency-dependent glycolysis to facilitate nuclear reprogramming. Cell Metab. 2011 Aug 3;14(2):264-71. doi: 10.1016/j.cmet.2011.06.011. PMID: 21803296; PMCID: PMC3156138.