注射1本で『ミニ肝臓』が体内で機能! MITが10年挑んだ医療革命

シルミー

はかせ、肝臓ってどうして移植しか治す方法がないの? お薬で治らないの?

はかせ

いい疑問ですね。実はMITの研究室が10年かけて、注射1本でお腹の中に『ミニ肝臓』を作る技術を完成させたんですよ

マウスの実験では、その注射した細胞のかたまりが体内で2か月以上も働き続けた。米国で数千人が肝移植を待ち続けるなか、手術なしに肝機能を補える時代が見えてきた。

始まりは10年前、肝臓移植待ちの絶望から

米国で数千人が待ち続ける『命のバトン』

肝臓は体の中で群を抜く働き者だ。血液の凝固を調整する、血中の細菌をろ過する、薬の代謝をこなすなど、生命維持に欠かせない仕事を一手に引き受けている。文字どおり体内の巨大な化学工場だ。

口から入った薬の成分を分解する、アルコールの毒性を弱める、食べたものから栄養素を作り替える。これらをすべて休みなく担当しているのが肝臓だ。1日に作るタンパク質の種類は数百種類にのぼり、止まれば全身の代謝が一気に崩れる。

肝臓は再生力が強い臓器として知られているが、それは一部を切除した場合の話だ。慢性肝炎や肝硬変のように、組織全体に長期間ダメージが蓄積した状態からは元に戻らない。一度傷ついた肝細胞のネットワークは、自力では復活しないのだ。

これらの仕事の大半をこなしているのが肝細胞(ヘパトサイト)と呼ばれる特殊な細胞だ。慢性的な肝臓病になると、この肝細胞が次々に壊れていく。最終的には移植以外に道が残らなくなる。

ところが米国では今この瞬間も、数千人がドナーからの肝臓移植を待ち続けている。需要に対して提供臓器の数は圧倒的に足りない。さらに高齢や全身状態が悪い患者は、たとえ順番が回ってきても大きな手術自体に耐えられないケースが少なくない。

教授Sangeeta Bhatiaが立てた『細胞だけ』という仮説

MITのSangeeta Bhatia教授が10年前に立てた仮説はシンプルだった。「臓器を丸ごと取り替えなくても、肝細胞だけを体内に補えれば、肝臓の本来の仕事は回るのではないか」。

Bhatia研究室はこの仮説を抱えて、培養した肝細胞を体内に届ける手段を探し続けてきた。だが現実は厳しかった。培養した肝細胞を体内に注射しても、血流に乗って散り散りに流されてしまう。

細胞は近くの血管とつながらないと栄養も酸素も受け取れず、数日でほぼ全滅してしまう。培養皿の中ではあれだけ元気に動いていた肝細胞が、体内に入れたとたん次々と機能を失っていく。

「散る前に細胞同士をまとめ、宿主側の血管に素早く接続させる足場」をどう作るか。研究室はその足場を探して10年を費やすことになる。

立ちはだかった『細胞がバラバラに散る』壁

ヒドロゲルマイクロスフィアという発想

研究室がたどり着いた答えは、ヒドロゲルマイクロスフィアと呼ばれる微小なゲル玉だった。マイクロ流体デバイスを使い、サイズと形がほぼそろった粒を量産する。水分をたっぷり含み、ぐにゃりと柔らかい。

このゲル玉を肝細胞と一緒に混ぜると、玉と玉のすき間に細胞がきれいに収まる。細胞が血流に流されず、注射した場所に密集したまま留まる仕掛けだ。比喩で言えば小さなビーズの詰まったクッションの中に細胞を住まわせるイメージに近い。

ゲル玉の表面は、宿主の血管細胞が伸びてきて結合しやすい性質を持つよう設計されている。注射した直後から、ゲル玉のすき間に新しい毛細血管が入り込んでいき、細胞に栄養と酸素を届ける配管が一気に張り巡らされる。

液体と固体を行き来する不思議な性質

このゲル玉の最大の特徴は、状況によって液体のようにも固体のようにも振る舞うことだ。たくさんの玉をぎゅっと押し込むと、粒同士が滑り合ってどろりとした流体のように動く。

このおかげで、ゲル玉と細胞を混ぜた中身は細い注射針の中をスルッと通り抜けられる。針の先端で圧力が解放されると、玉は瞬時に元の弾力を取り戻し、注射された場所で安定した固体構造として形を保つ。

マシュマロを強く握ると一瞬どろりとつぶれるが、手を離すとふわっと弾力が戻る感覚に近い。普段は固体、押されると流体というこの二面性が、肝細胞を「破壊せず、散らさず」体内に運ぶ突破口になった。

従来の人工肝臓研究では、肝細胞を入れた構造物をそのまま外科手術で埋め込む方式が主流だった。注射で入れられるという条件は、患者の体への負担を文字どおり桁違いに減らす。全身麻酔も大きな切開も必要ない。

マイクロ流体デバイスで粒のサイズと形をそろえている点も効いている。サイズがバラついていると、針を詰まらせたり、注射した先で隙間ができすぎたりする。粒の均一性こそが、注射という届け方を成立させている隠れた立役者だ。

『足場』が血管とつながる速さの差

論文の筆頭著者であるMITポスドクのVardhman Kumar氏は、この仕掛けの利点を一言で表現している。マイクロスフィアは肝細胞に「居場所」を与え、宿主の循環系と素早くつながるための拠点になる、と。

従来は培養した肝細胞を単独で注入すると、血管接続が間に合わず細胞がほとんど機能しないまま死んでいた。ゲル玉が間に挟まることで、細胞の生存率と血管接続のスピードが大きく変わったのだ。

細胞を「ただ放り込む」のではなく、宿主の血管網に呼び込みやすい構造を一緒に届ける。これがBhatia研究室が10年で行き着いた最大の答えだった。

マウスの腹に2か月『生き続けた』ミニ肝臓

お腹の脂肪に注射するという意外な選択

研究チームはまずマウスを使ってこの技術を試した。注射先に選ばれたのは、なんとお腹の脂肪組織だ。肝臓そのものではなく、皮下脂肪の中に肝細胞とゲル玉の混合物を打ち込んだ。

「肝臓を作るなら肝臓の場所に打つ」と直感的には思いがちだが、脂肪組織は血管が豊富で、針も簡単に届く。手術せずに大量の細胞を安全に届けるには、むしろ脂肪組織のほうが理にかなっていた。

結果は予想を上回った。注射された肝細胞のかたまりは、マウスの体内で少なくとも2か月にわたって生存し続けた。しかも単に生きているだけでなく、肝臓本来の仕事である各種酵素やタンパク質を生産し続けた。

つまり脂肪組織の中に、本物の肝臓に近い化学工場が新しく根づいたわけだ。論文では注射部位はお腹の脂肪に限らず、別の場所にも届けられる可能性があるとされている。患者ごとに最適な「ミニ肝臓の住みか」を選べる柔軟性がある。

手術と移植のはざまをつなぐ『二刀流』

Kumar氏はこの技術の位置づけを、移植手術の代替であり、同時に移植までの橋渡しでもあると説明する。1つの技術が2つの役割を兼ねる二刀流だ。

1つ目の使い方は、もう移植手術には耐えられない患者への代替治療だ。お腹に注射するだけで、肝臓の機能を一定期間肩代わりできる。手術リスクと入院期間を一気に減らせる。

2つ目の使い方は、ドナーが見つかるまでの「時間稼ぎ」としての利用だ。移植順番待ちの患者は、しばしば肝機能の低下で命の危険に晒される。ミニ肝臓を注射してその間の肝機能を支えれば、ドナーが現れるまでの数か月を生き延びるための命綱になりうる。

マウス実験で確認できた2か月という持続期間は、まさにこの「橋渡し」の用途と相性が良い。移植順番が回ってくるまでの典型的な待機期間とほぼ重なるからだ。

残された壁は『免疫の門番』をどうかわすか

もちろん越えるべき壁はまだ残っている。最大の課題は免疫拒絶だ。他人由来の肝細胞を体内に入れる以上、免疫システムは異物として攻撃を仕掛けてくる。

現状では患者は免疫抑制剤を飲み続ける必要がある。ただしこれは感染症リスクを上げるなど副作用も伴う厄介な薬だ。長期間にわたって全身の免疫を弱めることは、それ自体が大きな負担になる。

そこで研究チームは次の段階として、2つの戦略を探っている。1つは肝細胞そのものを免疫から見えなくする遺伝子改変。もう1つはマイクロスフィア自体に免疫抑制剤を埋め込み、注射した場所だけで局所的に放出させる仕組みだ。後者なら全身に薬を行き渡らせる必要がなくなる。

シルミー

注射1本で肝臓の代わりになるなんてすごい! 早く人にも使えるようになるといいなあ

10年積み上げてきた研究は、ようやくマウスで安定した結果が出る段階にたどり着いた。臨床応用には安全性試験や免疫対策の確立など、まだ階段がいくつも残っている。ただ「肝臓は移植するもの」という常識を、「肝臓は注射で補えるもの」へと書き換える可能性は確かに見えてきた。