細胞の直接変換過程をシミュレーションで再現 AIで細胞変換を誘導可能な低分子化合物を予測 ~iPS細胞を介さない新たな再生医療の開拓へ~

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2026-05-18 九州工業大学

九州工業大学と名古屋大学の研究グループは、iPS細胞を介さずに体細胞を別種の細胞へ直接変換する「ダイレクトリプログラミング」を誘導する低分子化合物の最適組み合わせを予測するAI技術を開発した。研究では、1細胞レベルの遺伝子発現データから細胞変換過程をシミュレーションし、初期・中期・後期の各段階で変化する分子メカニズムを解析した。その結果、初期段階ではTGF-βシグナルや酸化的リン酸化、中後期ではMAPKシグナルや神経分化関連経路が重要であることを特定した。さらに、これら段階ごとの分子状態を制御する低分子化合物群を最適化アルゴリズムで予測し、既知の有効化合物も高精度で再現できた。研究者らは、本手法が細胞変換効率向上や発がんリスク低減につながり、神経細胞以外への応用も可能だと説明している。本成果は、再生医療における安全で低コストな細胞治療技術開発への貢献が期待され、論文は Communications Chemistry に掲載された。

細胞の直接変換過程をシミュレーションで再現 AIで細胞変換を誘導可能な低分子化合物を予測 ~iPS細胞を介さない新たな再生医療の開拓へ~
図1:低分子化合物を用いて細胞を別の種類の細胞へと直接変換するダイレクトリプログラミング
(イラストの一部をTogoTVから引用)

<関連情報>

単一細胞レベルでの時間的細胞変換プロセスに基づいたシミュレーション誘導型化学的直接リプログラミング Simulation-guided chemical direct reprogramming informed by temporal cellular conversion processes at the single-cell level

Ryoku Ito,Momoko Hamano,Ryota Kawasaki,Hikaru Watanabe,Arisa Matsuo &Yoshihiro Yamanishi
Communications Chemistry  Published:18 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s42004-026-01991-y

Abstract

Direct reprogramming (DR) involves inducing cell differentiation by converting somatic cells directly into target cells without bypassing induced pluripotent stem cells. Small molecule–induced DR reduces tumorigenic risk relative to transcription factor–triggered DR. However, identifying small molecules for DR through experimental exploration alone remains challenging. This study presents a computational method, SuperDIRECTEUR, to predict small molecules for DR using single-cell temporal transcriptome data. The cellular conversion processes in DR were simulated by calculating the RNA velocity in each cell. These processes were then classified into multiple stages (i.e., primal, immature, and mature stages), and a variant of simulated annealing was employed to search for the combination of small molecules that mimic stage-specific gene expression patterns during DR. We applied SuperDIRECTEUR to identifying candidate small molecules for DR converting mouse embryonic fibroblasts to induced neurons, and were able to reproduce experimentally verified and functionally related molecules inducing the corresponding conversions in a temporal stage-specific manner. The target proteins of the predicted small molecules in the early and later stages were distinctively involved in biologically relevant pathways toward neuronal differentiation and maturation. The proposed method has potential for practical applications in regenerative medicine.

細胞遺伝子工学
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