再生医療分野の技術開発に関する技術ロードマップ (1/2)
2009年 2010年
生体親和性の向上
生体適合性界面構築
生体適合性接着剤開発
バイオ
マテリアル
足場等の
素材
力学的強度の向上
生体吸収性の制御
特異的または複合的な
性質を持つ新規材料、
細胞由来材料の開発
生
体
材
料
2015年
2020年
2025年
▲免疫隔離技術の探索
→▲確立
▲新規の免疫/炎症抑制剤(特異的に拒絶反応を抑制する免疫抑制剤等)の開発→実用化
▲生体親和性代替材料(Sc合金)の医療用開発研究 (Al等、合金化する金属の探索、加工技術)
▲Mgを使った生体吸収性ステントの開発(高純度化、合金化、加工技術等)
▲サイトカイン、生理活性ペプチド等の固定化▲組織の要求に応じた活性物質放出技術の開発
▲高機能人工細胞外マトリクスの実用化
▲水分子の構造・運動性を制御する界面技術の開発
▲タンパク質吸着ゼロ界面の実現
▲組織接着条件の最適化
▲生体親和性架橋剤合成
▲細胞間接合条件
▲非共有結合系架橋剤合成 の最適化
▲既存高吸収性材料(コラーゲン、ポリ乳酸、リン酸カルシウム等)の力学的補強手法の研究
▲既存材料の力学的性質の改善
▲高弾性限度(しなり)を有する無機材料の開発
▲外部物理刺激によるコントロールの実用化
▲プログラム制御の実用化
▲表面コーティング技術による吸収性制御の確立
▲力学要請に応じて吸収率を変化する新規材料の実用化
▲刺激応答性材料の実用化
▲関節軟骨の代替となるポリマーの実用化(表面加工技術や別素材との接着による摩擦係数の低下)
▲自己集合型ペプチド゙の利用 ▲細胞分化、組織再生にともなって表面形状やバルク特性が変化する材料の実用化
▲三次元で機能勾配が変化する材料の実用化
▲高機能抗血栓性材料
▲一定期間、力学強度を保持した後、急速に分解消失する材料の実用化
▲細胞由来材料の設計・開発(硬膜、腱、血球・血液等)
▲炎症反応が大幅に少ない材料開発
▲ラミネート材料の利用
▲力学補強 ▲ナノファイバーの利用
形状の改良、
作製技術・装置の
開発
足場
新しい性質を持った
足場(材料)の開発
リガンドの固定による
高機能足場の開発
超高圧処理による再生
医療用脱細胞組織開発
細胞の高機能化
組織の二次元化・三次元化
多層化
細胞配置技術
▲足場表面の精密微細加工技術・装置の開発
▲多孔体開発
▲足場の極薄シート化技術・装置開発
(強度、気孔率)
▲生体組織材料の ▲足場の三次元成形技術・装置開発
脱細胞化による足場開発
▲細胞の均一な播種が実現可能な足場開発
▲新規材料の探索▲各組織に最適な材料のデザイン技術の開発 各組織に最適な高機能足場の
▲刺激応答性材料の開発
生体外使用(細胞培養基材)の実用化 2013~2018年
▲生体注入性の向上
生体内使用(含:体外循環デバイス内) 2015~2020年
▲幹細胞に対する誘引性の付与
▲細胞の増殖・分化に対応した変化特性
(表面、バルク性質)の開発
▲固定化技術の開発▲三次元固定化・傾斜固定化技術の開発
▲固定したリガンドの徐放化 ▲プログラム徐放の実用化
技術の開発
▲脱細胞組織への細胞の組込 ▲脱細胞組織の分化誘導機能の探索
▲脱細胞組織の臨床応用
▲種々の組織の超高圧処理脱細胞
移植する細胞の活性化▲
(バイアビリティ向上;遺伝子導入、タンパク導入)▲細胞の機能定義
再生組織の大型化
GMP準拠
細胞操作
非接触培養容器
モニタリング
細胞培養
システム
自
動
化
滅菌技術
プロセス一体化
▲細胞プリント技術 ▲細胞プリント技術の微細化(ナノスケール)
▲細胞シート作製技術の確立
▲細胞の高密度集積化・コンパートメント化
▲三次元組織内で細胞の配向を制御する技術の確立
▲幾つかの大規模組織・器官再生の適切な刺激条件判明
▲三次元組織深部への血管導入技術確立
【足場を使用する場合】
▲足場自体の大型化 ▲小型組織の結合による大型化
【足場を使用しない場合】
▲細胞シートの大型化・積層化
▲酸素・栄養伝導路を持つ材料
▲CPCの機能を備えた「筐体密閉型細胞培養加工装置」の実用化
▲培養作業のプラント化
▲GMPに準拠するための「工程管理ツール」の実用化
▲「筐体密閉型細胞培養加工装置」による培養作業の部分的自動化
▲カセット式密閉型培養容器の実用化
▲「容器密閉型細胞培養加工装置」による作業の全自動化
▲自動モニタリングシステムの実用化
▲細胞培養状態判別技術の確立
1週間以内に各部位再生に必要な
▲培養器へのモニタリング機能搭載
細胞数が、完全な自動化装置で
▲培養筐体内滅菌技術の開発
安全に培養できる装置
▲バリデーション機能搭載
autoの場合:小型装置
▲オプティカルマッピング技術等を活用した細胞の由来判定装置の開発
▲装置滅菌~細胞培養~単離・三次元化プロセス全体と測定の完全自動化 alloの場合:大型設備
(セルバンクのイメージ)
▲単離機能搭載 ▲分化・誘導機能搭載
▲「筐体密閉型自動細胞培養加工装置」の実用化
メカトロ応用技術
培養期間の短縮化
大量化
▲移植する細胞の高機能化技術の確立
(バイアビリティ以外の機能)
▲三次元形成技術の向上
▲ナノスケールの三次元形成技術の確立
▲極薄シート化技術開発 ▲細胞接着物質を活用した三次元化・多層化技術の開発
▲細胞表面の精密微細加工技術の開発
【複数種の細胞による組織再構成技術】
▲階層化材料作製技術の確立 ▲複数種の組織層からなる組織の形成技術の確立
力学的特性の再現
生
体
外
組
織
化
技
術
→
▲成長・増殖等を促進する各種因子の研究開発・検討
▲物理的刺激を用いた短縮化
▲ES細胞・iPS細胞培養期間・分化誘導に要する期間の短縮化
▲大量培養装置開発
→▲実用化
▲腫瘍化・非均質性を回避するための生理的状態に近い環境下での(ストレスフリーな)大量培養技術・装置の開発
(注)下線は、ナノバイオテクノロジー関連技術・機器・材料。
再生医療分野の技術開発に関する技術ロードマップ (2/2)
2009年 2010年
安全性確保
培
地
高効率化
低価格化
2015年
2020年
▲血清培地と同様の生育性・付着性の実現
▲再生医療産業における無血清・無タンパク培地の普及
▲alloに対応するヒト細胞(幹・ES・iPS)用培地の開発 →多品種化
▲量産技術開発→低価格化
▲高効率な成長因子の探求と検証
▲動物由来材料の代替物の研究と検証
2025年
他の素材との組み合わせによる
新しい材料の開発
▲遺伝子情報等を活用した無菌検査技術の開発
▲検査キット・オールインワン装置の開発 →検査時間の短縮《~数時間》
▲ナノフィルターを利用した閉鎖系培養装置の研究開発
▲同一インキュベータ内でも検体同士を完全隔離できる培養フローの確立
同一性の確保
▲電子タグ、バーコード利用による取り違え完全防止が可能なプロセス管理システムの実用化
形態等で生命体特性
を捉えて多様なウイ
ルスが検出できる
画期的手法
感染・汚染評価
生
体
外
組
織
化
技
術
(
続
き
)
細胞培養
システム
(続き)
評
価
技
術
・
装
置
均質性評価
腫瘍化(形質
転換)に関する
評価
純度評価
細胞の機能評価
▲均質性検査技術の開発(インフォマティクスの活用等)
▲染色体分析・核型分析等を組み合わせた腫瘍化評価方法・技術の開発
→腫瘍化評価キットの開発
▲全ゲノムレベルの知見を活用した腫瘍化評価技術の開発
▲未分化細胞のスクリーニングを目的としたマーカ開発
【政府による環境整備】 ●培養細胞に関する安全性、機能等の評価項目・基準の作成・改定、各種基盤整備
各評価系の構築 → 確立
データ収集のための共通プロトコル作成
臨床データの収集 → レジストリ構築
評価手法の検討・開発
(実際の現場で必要十分な評価基準)
▲OCTの実用化 → ▲組織の機能的情報の取得可能
(非破壊による組織の構造検査・評価)
▲画像処理技術応用のバイアビリティのモニタリングシステムの実用化開発
▲増殖能の予測機能の付加
バイアビリティ評価
ハイブリッド
人工臓器
生
体
内
高
次
組
織
構
築
技
術
体外循環型
ハイブリッド人工肝臓
血管新生/導入技術
神経新生/導入技術
生体内における組織再生促進
のためのリガンドや薬剤の
徐放・ターゲティングシステム
治
療
用
シ
ス
テ
ム
低侵襲化
組織の
機能回復
を目指す
システム
自己組織化
心筋再生デバイス
保
存
・
搬
送
技
術
▲臨床研究用
プロトタイプ完成
高機能細胞のデバイスへの▲
導入技術の開発
▲形状・
素材開発
移植後モニタリング
治療効果の評価技術
高機能細胞を導入した
▲ハイブリッド人工肝臓の
実用化、研究用として普及
▲効果の高いサイトカインの選別
▲最適なサイトカインの組み合わせ の確立
▲内皮・周辺細胞の構築技術の確立
▲方向を制御できる血管新生技術の確立
▲血流を確保した血管構築技術の確立
▲血管三次元プリント技術の確立
または自己組織化による三次元血管網構築技術の確立
▲神経新生効果の高いサイトカインの選別
▲神経三次元プリント技術の確立
▲伝達物質を適切に放出・受容する神経網確立ための
▲血管リモデリン
または自己組織化による三次元
最適なサイトカインの組み合わせの確立
グを誘導する基本
神経網構築技術の確立
メカニズムの解明
▲方向を制御できる神経新生・導入技術の確立
▲新規DDS材料の探索
▲体内での薬剤・リガンド固定化技術の実用化
▲プログラム徐放の実用化
▲徐放化の実用化
▲ナノキャリアを利用した薬剤徐放システムの実用化 ▲ハイブリッドDDS技術の実用化
(予防-診断-治療などの複数のプロセスをカバー)
【生体内における生理活性物質等のターゲティング・徐放化】
▲増殖・分化誘導効果の高い生理活性物質の選別 ▲高機能生理活性物質のデザイン技術開発
▲免疫抑制効果、炎症コントロール効果の高い生理活性物質の選別
▲細胞の初期化効果のある生理活性物質の探索
▲生体内における病変部位への生理活性物質のターゲティングによる体内での組織再生
▲病変部位の診断が可能な物質の探索 ▲生体内における病変部位および再生部位への診断薬のターゲティング
▲ DDSによる繊維化した組織の分解技術の確立
(繊維化組織の分解による自然再生)
▲内視鏡を利用した患部への細胞貼付システム
▲経血管的に全身に存在する臓器(筋肉など)への
幹細胞導入技術の開発
▲マニュピュレータを使用した治療法
▲自己組織化素材の開発
→実用化
▲幹細胞誘導因子研究
→生成
その他システム
・デバイス
術前診断/計測技術
評
価
技
術
→ 評価制度の確立 → 培養細胞評価システムの開発 → 実用化
“標準細胞”の認定
●評価技術開発(マーカ開発)等に向けた基盤作り
●他分野技術の援用・応用のための技術・人材・機関等のオーガナイズ
臨床研究用
▲プロトタイプ →製品化
完成
▲炎症抑制+細胞培養が可能なシステム
▲生存細胞の選択的体内導入システム
▲微細血管測定装置(再生過程の追跡装置としても利用)
▲低侵襲な局所心機能測定装置
▲失われた細胞の質と量を診断する装置の開発
▲生着率等の効果判定が可能なマーカの探索
▲体内の再生過程の追跡装置
▲移植細胞の画像追跡装置
(神経、できはじめの骨、軟骨)
▲細胞・再生組織のラベリング/トレーシング技術の実用化(生体内外使用)
【政府による環境整備】 治療効果の評価項目・基準の作成・改定
データ収集のための共通プロトコル作成
臨床データの収集 → レジストリ構築
→ 評価制度の確立 → 治療後評価システムの開発 → 実用化
評価手法の検討・開発 →高度化
▲常温保存法・食品保存技術等を利用した画期的な組織保存技術の開発→実用化→普及
作製した細胞・組織の
保存・輸送システム
▲温度調整機能つき細胞品質保持・輸送装置
▲高性能保存液
▲allo対応・大型の細胞バンキングシステムの制度設計・構築→実用化
(マスターセルバンク/製造用ワーキングセルバンク)
(注)下線は、ナノバイオテクノロジー関連技術・機器・材料。
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技術開発