再生医療向け幹細胞培養のプロセス設計をデジタル化~数理モデルに基づくデザインスペースを実験的に検証~

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2025-05-09 東京大学

東京大学を中心とする研究グループは、再生医療で重要な間葉系幹細胞(MSC)の培養プロセスにおいて、品質を満たす条件「デザインスペース(DS)」を数理モデルと予測区間を活用して決定し、その妥当性を実験的に検証しました。この新アルゴリズムにより、従来の試行錯誤的な実験に依存せず、シミュレーションによる迅速で効率的なプロセス設計が可能になり、幹細胞製品の実用化を後押しします。成果は「Communications Biology」誌に掲載されました。

再生医療向け幹細胞培養のプロセス設計をデジタル化~数理モデルに基づくデザインスペースを実験的に検証~
デザインスペース決定のための新規アルゴリズムと実験的検証の流れ

<関連情報>

予測区間を用いた間葉系幹細胞培養プロセスのデザインスペースの決定と検証 Determination and validation of design space for mesenchymal stem cell cultivation processes using prediction intervals

Keita Hirono,Yusuke Hayashi,Isuru A. Udugama,Mohamed Rami Gaddem,Kenjiro Tanaka,Yuto Takemoto,Ryuji Kato,Masahiro Kino-oka & Hirokazu Sugiyama
Communications Biology  Published:08 May 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s42003-025-08063-2

Abstract

In regenerative medicine, mesenchymal stem cells (MSCs) constitute a promising therapeutic route for many diseases. The current quality-by-design guidelines do not clearly define a framework for MSC production. Here, we suggest and experimentally validate a model-based method to determine design spaces (DSs) for MSC cultivation. A kinetic model used in previous work was employed; part of the experimental data was used to re-estimate the maximum specific growth rate in the kinetic model and then calculate the prediction intervals of this parameter. Subsequently, regions of seeding density and harvesting time where both the upper and lower limits of growth predictions met the acceptable number of cells and confluency with given risk levels were defined as DSs. Finally, the established DS was validated with the remaining data; it allowed better predictions of the cell numbers and confluency under specific cultivation conditions and improved the overall robustness of MSC cultivation processes.

生物工学一般
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