2024-11-07 早稲田大学
概要
早稲田大学理工学術院の岩﨑 清隆(いわさき きよたか)教授、東京女子医科大学の岡崎 賢(おかざき けん)教授、伊藤 匡史(いとう まさふみ)講師、CoreTissue BioEngineering株式会社らの研究グループは、脱細胞化技術※1を用いた膝前十字靭帯再建用の組織再生型靭帯について、治験を開始します。
図:前十字靭帯の位置(左)と組織再生型靭帯のイメージ(右)
膝前十字靭帯再建術を受ける患者は、日本で年間約1万9千人、世界では年間80万人以上いると推定されています。膝前十字靭帯再建術においては、患者自身の健康なハムストリング腱(太ももの裏側にある腱)や膝蓋腱等を採取し、それを加工して靭帯を再建する、体に負荷のかかる治療が世界的な標準治療となっています。
本研究グループでは、生体組織を材料として、独自の脱細胞化処理と凍結乾燥・滅菌処理を用い、膝前十字靭帯再建後に患者自身の細胞が浸潤し、最終的に靭帯が再生する医療機器を開発しています。本開発品の中核となる技術は、「厚い生体組織からでも細胞成分を効率よく除去できる脱細胞化技術」と「組織の力学強度を維持する凍結乾燥・滅菌技術」であり、これらの技術により、課題であった「耐久性」と「生体親和性」が同時に図られ、化学合成品等では不可能であった靭帯再建用医療機器の実用化が可能となります。
このたび、独立行政法人医薬品医療機器総合機構に提出していた治験届が受理され、10月11日には東京女子医科大学の倫理委員会にて治験実施が了承されました。これを受け11月より治験の1例目を実施することとなりました。
現在の治療方法における課題
膝関節にある前十字靭帯は大腿骨と脛骨をつなぐ重要な組織であり、損傷が生じた場合再建手術を行います。再建手術を受ける患者は、日本で年間約1万9千件に上りますが、治療後の再度の損傷リスクも高いことが課題です。
膝前十字靭帯の再建手術では、グラフトと呼ばれる靭帯の代替組織を骨に開けられた穴に固定します。グラフトの材料は、主に患者のハムストリング腱や骨を一部つけた状態での膝蓋腱です。術後に再発しないためには、太い腱が必要で、世界的な水準は径8mm以上とされています。しかしハムストリング腱のサイズには個人差もあり、実際には8mmに満たないことが多く、加えて、ハムストリング腱の採取に伴って、神経麻痺や筋力低下が発生することもあります。膝蓋腱では、術後に膝前部の痛みが長引き、膝伸展機能が低下することもあります。また、複数の靭帯を損傷した場合には、採取する腱自体が不足してしまいます。
今回の研究で新しく開発した技術
本研究グループでは、こうした課題に対し、患者の組織ではなくウシ腱の組織構造を利用した再建組織を作り出す技術を開発しました。
哺乳類はコラーゲンなどの構造が共通であり、ウシの腱には太さがあるため、膝前十字靭帯再建用の組織として適しています。しかし、そのまま移植すると炎症などの免疫反応を起こしてしまうため、新たに脱細胞化技術を開発し、組織の中にある免疫源となる細胞成分だけを、組織を破壊することなく除去することに成功しました。また、細胞を取り除いて凍結乾燥した組織を滅菌後にも、独自技術により滅菌後に水分のある組織に戻すことに成功しました。
ヒツジに対して、脱細胞化した腱とヒツジ自身の腱を用いて膝前十字靭帯の再建手術を実施したところ、再建組織(靭帯)と骨がしっかりと固着するとともに、術後3カ月後と1年後を比較すると1年後にコラーゲンの密度が上昇していることも分かりました。つまり、再建組織にヒツジ自身の細胞が入り込み、自らの細胞が自己組織を再生しだして機能しているということであり、人工材料では実現できない優れた生体適合性が明らかとなりました。
研究の波及効果や社会的影響
前十字靭帯損傷を損傷して手術を必要とする患者は、全世界で年間約80万人いるとされています。また本技術は、肩や肘、足首の腱の損傷にも応用できることが期待され、スポーツ医療の世界で革新を起こせると考えています。
研究者のコメント
膝前十字靭帯損傷の治療では、患者さんご自身から腱を採取して再建に用いる治療しか選択肢がありません。再度の断裂のリスクを低減するためには、太い再建組織が必要とされていますが、十分な太さの腱が採取できないことも少なからずあり、ご自身の腱を採ることによる筋力低下や神経障害、痛みの継続や膝伸展機能が低下することもあります。再度断裂することも10%程度で起こります。また、再々断裂や事故等で前十字靭帯と後十字靭帯を同時に損傷・断裂した場合には、望ましい状態に治療できないことも多いです。
開発した組織再生型靭帯は、体内で患者さんご自身の細胞が入り、組織が作られてご自身の組織に置き換わり、文字通り“靭帯化”そして“人体化”するこれまでの医療機器にはない価値を届けるものです。ご自身の腱を採る必要が無くなり、採ることにより発生する障害が無くなります。再建治療を必要とするすべての患者さんに、ご自身の組織に置き換わる再生型靭帯を提供することが可能となります。肩や肘、足首の腱や靭帯の損傷にも応用できるように、開発した技術を用いてさらなる組織再生型治療機器の研究開発を続けています。アスリートを含むスポーツをする方々にとって、ご自身の組織を採ることによる負担がなく膝が安定して機能し、何度でも復帰できることは、かけがえのない価値につながるはずです。この技術によって、少しでも多くの方々の心配が無くなり、豊かな人生を送る手助けとなれば、これほど嬉しいことはありません。
東京女子医科大学、CoreTissue BioEngineering株式会社との共同記者会見で説明する岩﨑教授
用語解説
※1 脱細胞化技術
動物組織から免疫反応を引き起こす可能性のある細胞成分を除去し、体内に移植するとそれを足場として自己の組織を再生させる技術1),2)。
1) 岩﨑清隆, 脱細胞化組織による生体内自己組織構築, バイオマテリアル, 42(4), 202
2) Itoh M, Imasu H, Takano K, Umezu M, Okazaki K, Iwasaki K, Time-series biological responses toward decellularized bovine tendon graft and autograft for 52 consecutive weeks after rat anterior cruciate ligament reconstruction, Scientific Reports 12:6451, doi:10.1038/s41598-022-10713-y, 2022
