ヒト関連モデルへのアクセスを変革する：
複雑な生物学的ワークフローにおける自動化とイノベーション

Aaron Risingerのインサイダー・インサイト

Aaronの名字はドイツ語由来で、上昇や昇天を意味する中高ドイツ語「riz」に由来します。

このInsider Insightsシリーズでは、ライフサイエンティストが次の時代に備えるために何が必要かについて、専門家が迅速な反応と深い考察を共有しています。 彼は、複雑な生物学を扱う際に顧客が困難を乗り越えるのに役立っている今日の自動化技術について説明し、さらに、私たちが現在進めているイノベーションによって可能になる個別化医療の未来について、より高い次元から想像していきます。

人間に関連するモデルの成長を自動化する技術の発展が、顧客の日常生活にどのような影響や改善があるとみていますか？

第一印象としては、これらのワークフローの一部を自動化することで、科学者の頭脳はドラフトフードの下から解放され、次の実験のデザインについて深く考えることができるようになります。これは一般の科学者にとっても大きなインパクトがあり、彼ら自身の生産性と革新性を高めることになります。

深く考察すると、私たちは、疾患モデル使用におけるパラダイムシフトを目の当たりにしています。歴史的に、従来の不死化細胞株への依存は望ましい結果をもたらさず、よりヒトに関連したモデルへの移行を促してきました。ノーベル賞を受賞した山中伸弥博士のiPSC成体幹細胞に関する研究や、 Hans Clevers博士の自己複製ヒト患者由来オルガノイドの発見など、画期的な発見によって新たな道が開かれました。しかし、この複雑な生物学的モデルをスケールさせて生産することは依然として困難です。従来の細胞株に関する専門知識を基盤とした複雑な生物学の工業化は、非常にエキサイティングな進展です。現在では、自動化ツールによって、日常的な細胞培養技術が工業的なアプローチへと変換され、必要なスケールで高い再現性を持つ複雑な生物学的モデルの提供が可能になっています。これにより、ヒトに関連するモデルに基づいたヒット化合物の選定やリード候補の特定が可能となり、臨床試験での成功率を高めることができます。

こうしたワークフローを自動化することで、細胞培養に携わる研究者たちは週末の時間を取り戻し、ドラフトフードの前に張り付く必要がなくなりました。その結果、次の実験の設計に集中できるようになり、研究の質と効率が大きく向上しています。

さらに、自動化は科学者の生活に大きな影響を与えました。複雑なヒト関連モデルに対する細胞培養技術の要求の高さは、しばしば科学者のスケジュールを左右し、彼らに負担をかけていました。これらのワークフローを自動化することで、私たちは細胞培養の科学者たちに週末を取り戻し、ドラフトフードから解放して次の実験のデザインに集中できるようにしました。このシフトは、彼らのワークライフバランスを改善するだけでなく、科学コミュニティ全体の生産性とイノベーションを向上させます。

CellXpress.ai自動細胞培養システムアプリケーション ノート「CellXpress.ai自動細胞培養システムを用いた3Dがんスフェロイドアッセイの細胞培養自動化」で紹介されている自動ワークフローの例。

この技術や進展のどのような点に、特に魅力や可能性を感じていますか？

率直な感想として、私がこの技術に特に魅力を感じるのは、変革の必要性が明らかだからです。日常のラボで行われている細胞培養技術の一部が、自動化ツールによって工業的なアプローチへと変換されることで、より高い再現性とスケールで複雑な生物学的モデルを提供できる可能性が広がっています。これにより、ヒトに関連するモデルが創薬プロセスの初期段階から利用可能となり、臨床試験での成功率を高めることが期待されます。

深く考えると、変革の必要性はもはや明白です。私たちはデータを信じており、新薬の多くが臨床試験を通過できずに失敗している現状と、それに伴う莫大なコストを目の当たりにしてきました。適切なモデル系が存在しないために、いまだに治療の手が届かない希少疾患があるという事実も、大きな課題です。iPSCや患者由来オルガノイドといった新しいヒト関連モデルには大きな可能性があり、CellXpress.ai®のような自動化・工業化された細胞培養ツールによって、それがさらに加速されようとしています。この科学の進展には本当にワクワクしており、ここからどんな新しい発見が生まれるのか、非常に楽しみにしています。

また、私たちが長年頼りにしてきたモデルを基に比較研究を行い、深く研究し、何が同じで何が違うのか、さらに重要なことを見つけるプロセスにも興奮しています。その違いは重要なのか？影響はあるのでしょうか？私は、ハーバード大学のLee Rubin博士をはじめとする、この分野をリードする科学者たちに魅了されています。彼らは先見の明があり、ヒトに関連したモデルへのシフトの重要性を認識し、Hans Clevers博士や山中博士とともに、これらの進歩を現実のものとするために奮闘してきました。

どのようなトレンドや顧客からのフィードバックが、この分野でのイノベーションの原動力となったのでしょうか？

率直な感想として、私たちは親会社であるダナハーの理念『お客様の声に耳を傾ける』を取り入れています。この原則が私たちのイノベーションを後押しし、従来のエンドポイント解析にとどまらず、創薬に必要な包括的なワークフロー全体に対応する方向へとシフトする原動力となっています。

モレキュラーデバイスでは、過去7〜8年にわたり、主要なオピニオンリーダーや当社装置のヘビーユーザーからのフィードバックを受けて、大きな転換を遂げてきました。これらの専門家からは、創薬研究を前進させるために、より複雑な2Dおよび3Dの生物学的モデルの構築支援を求める声が寄せられてきました。こうしたニーズに応える中で、私たちは優れたエンドポイント解析企業から、バイオマテリアル、疾患モデル、創薬に必要な各種分子の創出を可能にする包括的なワークフローを支える企業へと進化してきました。お客様との関係性は、私たちのイノベーションの一翼を担っており、複雑な生物学的プロセスを再現性高く、かつスケーラブルに工業化するツールの設計力を高める原動力となっています。

私たちの顧客は、大量の生物学的マテリアルを必要としています。特に、マルチオミクス、なかでも空間マルチオミクスの導入により、これまで以上に多くの生物学的サンプルが求められるようになっています。

例えば、私たちの顧客は大量の生物学的マテリアルを必要としています。これは特に、マルチオミクス、なかでも空間マルチオミクスの導入により、従来よりもはるかに多くの生物学的情報が求められるようになったことに起因しています。課題は、スケーラブルかつ再現性の高いモデルを構築することです。このような新たなパラダイムにおいては、お客様は得られたマテリアルの一部を、機能ゲノミクスセンターやプロテオミクス質量分析センターなど、さまざまな解析機関に提供しつつ、同時にフェノタイプに基づくハイコンテントスクリーニングに十分な量のマテリアルを確保する必要があります。生物学的マテリアルがスケール可能かつ再現性高く供給できるようになれば、得られたデータの裏付けや統合的な解析が可能となり、より包括的なインサイトの導出につながります。

ヒトに関連する複雑なモデルをスケールさせて生産するという課題に対応するために、私たちはCellXpress.ai®自動細胞培養システム、のようなツールを開発してきました。また、その前段階としてオープンしたオルガノイドイノベーションセンターでは、こうしたプロセスの工業化に向けた新たな可能性が切り開かれました。

健常腸管オルガノイドを用いた 化合物毒性効果の自動試験に掲載された腸オルガノイドの画像。 このアプリケーションノートでは、機械学習主導の自動化を用いて創薬パイプラインの早い段階で化合物の毒性を特定することの重要性を強調しています。

現在、顧客が直面している一般的な課題にはどのようなものがあり、ヒトに関連するモデルの成長を自動化することで、どのような新たな可能性が開かれるのでしょうか？

私たちは、主要な障壁を克服し、プロセスを工業化するためのプラットフォーム技術を提供することで、従来の手作業によるアプローチを自動化によってより標準化されたものへと変換し、高い再現性を持つヒト関連モデルへのアクセスを民主化しています。

私たちは現在、ヒトに関連するモデルをスケール可能かつ再現性高く実装するという、新たな科学的探究領域に踏み出しています。この分野はまだ断片的であり、新規な発見には迅速なプロトタイピングが求められるため、複雑な疾患モデルの標準化された構築手法は確立されていません。そこで私たちは、従来の不死化細胞株を補完する形で、新しい生物学的アプローチや個別化医療の手法を導入し、特定の人口集団や疾患に関連する組織を患者から直接取得する取り組みを進めています。このアプローチは大きな可能性を秘めていますが、同時に新たな課題も生じています。こうした課題に対処するためには、研究者同士がコンソーシアムを形成し、複数の研究室からの知見や手法を統合するための学際的な委員会を設け、コンセンサスを築いていくことが求められるでしょう。

この新興分野が産業界に広がっていく中で、これまで断片的だった手法が統合され、より一貫性のあるアプローチへと進化する機会が生まれます。これにより、再現性の向上、アクセス性の拡大、そしてヒトに関連するモデルの民主化が実現されていくでしょう。

この課題に対処する一つの方法は、プロセスの工業化を支援するプラットフォーム技術を提供し、手作業によるアプローチを自動化によってより標準化されたものへと変換することです。産業界がこの新興分野に追いつくにつれ、断片化された手法を統合し、より一貫性のあるアプローチへと進化させる機会が生まれます。これにより、再現性の向上、アクセス性の拡大、そしてヒト関連モデルの民主化が実現されるでしょう。こうした流れは、これらのモデルの最適な構築方法に関する科学コミュニティ全体のコンセンサス形成につながり、創薬、スクリーニング、作用機序の理解において大きなインパクトをもたらすと期待されます。

「iPSC由来3D神経オルガノイドの自発的カルシウムオシレーションの機能解析 」アプリケーションノートに掲載された培養神経オルガノイドの画像。 ハイスループット・スクリーニング、自動モニタリング、化合物試験の利点を強調し、このモデルが薬物試験や脳機能理解に役立つ可能性を紹介しています。

ヒトに関連するモデルの成長を自動化することで、その可能性が最大限に高まる世界では、次に何が起こると考えていますか？

想像してみてください。あなた自身のエピジェネティクス、現在の疾患状態、そして治療の進行に伴って変化する疾患状態が、リアルタイムで探索・評価可能になる世界を。このような未来は、私たち一人ひとりに関わる重大な健康課題の解決に向けて、非常に大きな可能性を秘めています。

私はこのような“魔法の杖”のような大局的な問いが大好きです。なぜなら、すぐ手の届きそうなところに、個別化医療が本当の意味で実現する未来が見えているからです。たとえば、あなた自身のエピジェネティクス、現在の疾患状態、そして治療の進行に伴って変化する疾患状態が、リアルタイムで探索・評価可能になる世界を想像してみてください。患者由来オルガノイドや、成人幹細胞由来のiPSCモデルを用いて、疾患が治療に反応する、あるいは反応しないといった変化を捉えることで、私たちは『次に何をすべきか？』という極めて重要な問いを立てることができます。現在私たちがヒト関連モデルを用いて進めている基礎研究は、こうした未来の実現に向けた土台となり、個別化医療をより実践的かつ迅速に進めるための大きな前進につながると確信しています。

私私はこのような“もし魔法の杖があったら”というような大局的な問いが大好きです。なぜなら、すぐそこにあるようでまだ手が届かない『個別化医療の本格的な実現』というビジョンが見えているからです。

患者由来オルガノイドやiPSCを用いたヒト関連モデルに関するお客様の研究を通じて、私たちは重要な進展への道を切り拓いています。これらの取り組みにより、個別化された組織モデルを迅速に作製・スケール化し、タイムリーな意思決定を可能にする未来が現実のものとなりつつあります。こうした技術は、私たち一人ひとりに影響を及ぼす重大な健康課題の解決に向けて、非常に大きな可能性を秘めています。これらのモデルの開発と応用を加速させることで、個別化医療を真に革新し、世界中の患者にとってより良いアウトカムをもたらすことができると確信しています。

Aaronの洞察については、ダナハーのウェブキャスト「 Bridging the Gap: Advancing Human Relevant Models for Real-World Impact」をご覧ください 。

Aaron Risinger