ANZ: オルガノイド産業調査レポート

オルガノイドの開発は、過去 10 年間の幹細胞研究における最も刺激的な進歩の 1 つとして高く評価されてきました。 「オルガノイド」という用語は1980年代にはすでに提案されていましたが、オランダの科学者ハンス・クレバースのチームがLgr5+腸幹細胞を体外で培養し、陰窩様および絨毛様上皮領域を持つ3次元構造、すなわち小腸オルガノイドを作成することに成功したのは2009年になってからであり、これによりオルガノイド研究の急速な発展の新たな章が開かれました^[1] 。

2013年、オルガノイドはサイエンス誌によってその年のトップ10テクノロジーの1つに選ばれました。 2018 年初頭、オルガノイドは Nature Method によって 2017 年のベスト手法に選ばれました。現在、小腸、胃、結腸、肺、膀胱、脳、肝臓、膵臓、腎臓、卵巣、食道、心臓など、多くの臓器オルガノイドの構築に成功しており、正常臓器組織オルガノイドだけでなく、対応する腫瘍組織オルガノイドも含まれています。

近年、PubMedの公開文献で「オルガノイド」を検索すると、CNSなどのトップジャーナルに掲載された論文も含め、オルガノイド技術に関する論文が急増しています。オルガノイドに関する論文発表数における中国の世界ランキングは、6位（2009～2019年）から2位（2020年）に急上昇し、米国に次ぐ2位となった。中国の科学研究の蓄積の増加は、オルガノイドの産業化を加速させるだろう。

オルガノイド技術を臨床実践に応用し、臨床薬物使用と精密治療を導くことが、近い将来のオルガノイド技術の主な開発方向です。実際、オルガノイド技術は2016年から臨床試験に組み込まれており、2020年9月現在、63件の臨床試験がFDAに正式に登録されています。 2017年以降、中国では8種類のがんを対象とした20件のオルガノイド臨床試験が倫理委員会に登録・承認されている。主な焦点は化学療法の有効性を予測することにありますが、一部の研究ではオルガノイドにおける免疫療法の応用に焦点を当て始めています (Changhai Hospital、pd-1)。がんの種類の分布から判断すると、現在中国で研究されているがんのほとんどは、消化器系の腫瘍、膵臓の腫瘍、乳房の腫瘍です。

ヒト化動物移植モデル（PDX）は、腫瘍組織を免疫不全マウスに移植した腫瘍モデルです。主な問題としては、移植成功率が低いこと、建設コストが高いこと、サイクルが長いこと、薬物スクリーニングのスループットに大きな制限があることなどが挙げられます。さらに、免疫不全マウスの腫瘍微小環境はヒトのそれとは多少異なり、移植された腫瘍組織もマウスのような進化を遂げる可能性があります。

腫瘍に対する臨床的に推進できる薬物スクリーニングモデルは、短期間で薬物感受性試験結果を生成する必要性、高い薬物スクリーニングスループット、および効果の正確な予測という 3 つの基本要件を満たす必要があります。オルガノイドは、他の薬物スクリーニング方法と比較して、これら 3 つの側面で大きな利点を示しています。

1. 速い

オルガノイド構築の成功率が高く、培養速度も速いです。一般的に、オルガノイド培養後 1 週間で薬物スクリーニングを実行できます。サンプル採取から薬剤感受性試験結果の発行までの全プロセスを2週間以内に適切に管理できるようになりました^[4] 。

2. 高いスループット

スクリーニングできる薬物スループットの点では、オルガノイドはウェルプレート上で複数の薬物をスクリーニングできるだけでなく、各薬物を異なる濃度でテストすることもでき、複数の実験を並行して実行することもできます。

3. 臨床的関連性が高い

がん治療薬のスクリーニングにおけるオルガノイドの臨床的関連性と予測妥当性は、多くの研究で実証されています。 Vlachogiannis G 氏のチームは、腫瘍オルガノイドの in vitro 薬剤感受性試験を臨床薬剤使用の指針として使用することに関する画期的な研究を Science に発表しました。研究者らは転移性消化器がん患者71人から110の組織を抽出してオルガノイドを構築し、合計55種類の抗がん剤を試験した。研究の結果、オルガノイド薬物スクリーニングは特異度93%、感度100%、陽性予測率88%、陰性予測率100%を達成し、極めて高い臨床的関連性を示した^[5] 。

オルガノイドの科学的研究への応用は現在、主に疾患モデル研究、有効性予測などの分野に集中しています。現在、中国科学院、清華大学、浙江大学、北京天壇病院、浙江大学第一付属病院など、多くの大学や病院が関連する科学研究を行っています。従来の方法と比較した PDO 技術の利点と可能性は、学術界によって認識されています。 2019年にPUBMEDが発表したオルガノイドを含む学術論文の数は、PDXモデルの年間論文数を上回りました。 2017年には、中国で倫理委員会に登録または承認されたオルガノイド関連の臨床試験が20件ありました。

しかし、オルガノイド研究市場の成長は今後鈍化し、オルガノイドサービスプロバイダーは試薬や消耗品の販売に注力することになるだろう。科学研究市場が発展し続けるにつれて、科学研究機関はトレーニングとテストのための独自のプラットフォームを構築し、最適化しますが、科学研究市場の高度にカスタマイズされた要求により、標準化されたサービスを提供することは困難です。

臨床研究の応用は現在、中期から後期の癌患者に対する精密治療の提供に重点を置いています。患者に対する直接的な薬物試験は時間がかかり、リスクがあり、苦痛を伴います。特に、有効な薬物がなく化学療法でしか治療できない癌患者の場合、効果的な解決策をタイムリーに見つけることは困難です。オルガノイドは患者に代わって薬剤をテストし、精密な治療を実現するために使用できます。現在、オルガノイドは主に化学療法薬の感受性をテストするために使用されていますが、将来的には標的薬や免疫療法での使用の可能性が大きくなっています。

現在、南方病院、長海病院、華西病院、復旦大学癌病院などの病院が対応する臨床研究を実施しています。現在、オルガノイドの臨床市場はまだ発展段階にあります。書面によるガイドラインがないため、患者の認識や臨床医が検査のためにサンプルを提出する意欲が限られています。 PDO の臨床応用が増加するにつれて、精密治療のトレンドの下で、臨床市場における PDO の需要が大幅に増加すると予想されます。オルガノイドは患者にとって、特に有効な薬剤がなく化学療法でしか治療できない癌患者にとって大きな価値があります。これらは精密治療を実現するための効果的なツールとして機能します。

商業市場におけるオルガノイドの応用は、主に新薬開発と適応症の拡大の分野です。現在、前臨床段階の薬剤の約 85% が臨床試験に入った後に開発が失敗し、莫大なコストと損失が生じています。オルガノイドは、より徹底した前臨床有効性評価を実施することができ、これはその後の医薬品開発コストの削減に大きな価値があります。抗腫瘍薬の開発において、PDO は高スループットと低コストで腫瘍の異質性を反映することができ、PDX 動物モデルの欠点を効果的に補います。オルガノイドは、臨床試験の成功率を向上させるための「患者代替物」の第 0 相「準臨床試験」として機能します。現在、ロシュ、リリーなどの外資系製薬企業、イノベント・バイオロジクス、ヘンルイ、斉魯製薬、無錫AppTecなどの国内製薬企業やCROも参加しています。

現在、オルガノイド医薬品の研究開発市場はまだ初期段階にあり、製薬会社も様子見の段階にあります。オルガノイド企業の現在の収益は、主に検証サービスから得られています。オルガノイドは新薬申請に必須ではありません。製薬会社は依然として適用性戦略に従っており、オルガノイド技術の成熟度とサンプル在庫はまだ限られており、これが意思決定の主な懸念事項となっています。しかし、オルガノイド技術によって製薬会社がリスクを管理し、コストを削減し、効率性を高める力が大幅に強化され、医薬品研究開発市場が最大の商業的価値を持つようになることは否定できません。ミー・トゥーの文脈において、製薬会社は新薬の研究開発におけるコスト削減、効率性の向上、成功率の向上を強く求めています。将来的には、オルガノイドがもたらす価値に対して支払う意欲は他の市場よりも高くなるでしょう。

科学技術部は2021年1月28日、「第14次5カ年計画国家重点研究開発計画における6つの重点特別プロジェクト2021年度プロジェクト申請ガイドラインに対する意見募集に関する通知」を発行し、「オルガノイドに基づく悪性腫瘍疾患モデル」を第14次5カ年計画国家重点研究開発計画で開始される重点特別プロジェクトタスクの第一陣として挙げた。

2021年11月30日、国家薬品監督管理局医薬品評価センターは「遺伝子治療製品の非臨床研究および評価に関する技術ガイドライン（試行）」および「遺伝子組み換え細胞治療製品の非臨床研究に関する技術ガイドライン（試行）」（1）を発行し、遺伝子治療および遺伝子組み換え細胞治療製品のガイドラインに初めてオルガノイドを含めました。

従来の動物実験と比較して、マイクロ流体チップには 3 つの技術的な利点があります。

（２）生体内環境と反応のより優れたシミュレーション：細胞と特定の組織構造を制御する能力、および組織に血管を新生させ灌流させる能力。

（３）健康状態と動態のモニタリングを容易にする：微小電極や光学顕微鏡マーカー（蛍光バイオマーカーなど）などのリアルタイム組織機能センサーを組み込む。

バイオバンクの現在の問題点は次のとおりです。

1. サンプルライブラリには限られた組織が含まれており、オルガノイドモデルの数とそれらがカバーするがんはpdxよりもはるかに少ないです。

1a.主に保存されるのは、主流の癌、すなわち肺癌、大腸癌、胃癌、乳癌であり、その他のより一般的な癌としては、膵臓癌と頭頸部癌があります。

1b.オルガノイド企業は主に薬剤感受性試験を提供することでサンプルを入手しているため、正常組織オルガノイドの保存容量は非常に限られています。

2. オルガノイドモデルの培養と維持にかかるコストが高く、技術も不十分です。オルガノイドの回復と増殖の失敗率は高く、凍結保存の安定性についてはさらに調査する必要がある。

オルガノイドの分野では、中国は近年、特に2019年から2020年の2年間で科学研究の件数が大幅に増加しており、強力な発展の勢いを示しています。発表された論文数は世界第6位（2009～2019年）から米国に次ぐ第2位（2020年）に急上昇した。

表5を参照すると、海外ではオルガノイドに注力している企業が比較的少ないことがわかります。多くの企業は当初は幹細胞関連の事業に注力し、その後オルガノイド分野に進出しました。上記の障壁のため、中国では腫瘍薬物スクリーニングに携わるオルガノイド企業は多くありません。しかし、資金調達に成功した企業（Ketu、Chuangxinなど）は、革新的なオルガノイド消耗品を独自に開発する能力を持ち、オルガノイド培養のあらゆる面で独自のノウハウを持っています。諸外国と比べても、日本の工業化の進歩はそれほど遅れをとっていません。

投資と融資の数と額から判断すると、オルガノイド産業全体はまだ比較的初期段階にあり、オルガノイド産業は中国ではまだ集中的な産業クラスターを形成していません。競争はまだ始まったばかりです。中核的な技術的優位性、完全な生産チェーン、業界における早期のレイアウトを持つ企業は、先行者利益を得ることができます。

もう一つの発展の機会は、現時点では国内外の業界でまだ完全な基準が確立されていないことです。したがって、中国のオルガノイド企業や研究機関は、オルガノイド技術の標準化や応用ガイドラインの確立に積極的に参加し、将来的には業界で優位な立場と発言力を獲得することができる^[11] 。

2. 試験管内β細胞オルガノイドは膵島再生の新たな解決策となることが期待される

2. 予防接種。血管新生以外の困難としては、腫瘍と免疫環境との相互作用をシミュレートすることなどがあります。 2019年にNature Protocol誌は、腫瘍オルガノイドと免疫細胞の共培養のプロトコルを発表しました。このプロトコルは、腫瘍微小環境のいくつかの特性を反映し、シミュレートすることができます^[6] 。上皮オルガノイドと免疫細胞の共培養モデルを例にとると、活性化免疫細胞を培養培地に加え、免疫細胞を単一細胞に消化した後、組織を免疫細胞とともに成長させ、ECM に組み換えサイトカインを加えることで、オルガノイドと免疫細胞間の相互作用を再構築することができます。

3. 体系化。単一のオルガノイドと比較して、オルガノイドシステムの構築により、薬剤の有効性と潜在的な毒性をより完全かつ包括的に評価できます。現在、オルガノイドは腫瘍に対する薬剤の阻害効果を検出することしかできず、他の臓器や組織に他の副作用や安全上のリスクがあるかどうかを予測することはできません。この問題に対処するため、2017 年に Skardal らは、心臓、肺、肝臓を閉ループシステムに統合したオルガノイドシステムを構築し、さまざまな臓器に対する薬物の毒性と有効性を完全に明らかにした^[7] 。

血管新生の面では、オルガノイドを約2か月培養した後に栄養供給が不足すると、体内の臓器とはまったく異なるものになります。しかし、薬物スクリーニングの場合、オルガノイドが適切な環境で細胞球に成長する限り、薬物スクリーニングに使用することができます。

たとえば、ある薬剤の研究の焦点が血液脳関門を通過する必要性である場合、脳オルガノイドの構築の焦点は完全な血液脳関門構造の必要性となり、他の特性（細胞と周囲の血管との相互作用など）は優先されない可能性があります。

血管新生、免疫共培養、体系化により、オルガノイドの臨床予測の精度をさらに向上させることができますが、サイクルやコストなどの主要なアプリケーション要因を考慮すると、すべての条件を考慮することは不可能です。将来、これらの機能が管理可能なコストで実現できれば、オルガノイド薬物スクリーニングはより正確な答えを提供できるようになります。

地図 |李 礼寧

編集者 |黄子恩

参考文献:

1. 佐藤、T.、Vries、RG、Snippert、HJ、van de Wetering、M.、Barker、N.、Stange、DE、van Es、JH、Abo、A.、Kujala、P.、Peters、PJ、および Clevers, H. (2009)。単一の LGR5 幹細胞は、間葉系ニッチなしで体外で陰窩絨毛構造を構築します。ネイチャー、459(7244)、262-265。 https://doi.org/10.1038/nature07935
2. Regnard, G.、Hamers, S.（2020年5月28日）。オルガノイド: 定義、培養方法、臨床応用。サイトスマート。 2022年5月7日にhttps://cytosmart.com/resources/organoidsから取得
3. 世界保健機関。 （2020年1月1日）。がん中国2020国別プロファイル。世界保健機関。 2022年4月18日取得、https://www.who.int/publications/m/item/cancer-chn-2020より
4. リー、M.、イズピスア ベルモンテ、JC (2019)オルガノイド — ヒト疾患の前臨床モデル。ニューイングランド医学ジャーナル、380(6)、569-579。 https://doi.org/10.1056/nejmra1806175
5. ブラコギアンニス、G.、ヘダヤット、S.、ヴァツィオウ、A.、ジャミン、Y.、フェルナンデス-マテオス、J.、カーン、K.、ランピス、A.、イーソン、K.、ハンティングフォード、I.、バーク、R.、ラタ、M.、コー、D.-M.、ツナリウ、N.、コリンズ、D.、ハルキ-ウィルソン、 S.、ラグラン、C.、スピテリ、I.、ムーアクラフト、SY、チャウ、I.、… ヴァレリ、N. (2018)。患者由来オルガノイドは転移性消化管癌の治療反応をモデル化します。サイエンス、359(6378)、920-926。 https://doi.org/10.1126/science.aao2774
6. Cattaneo, CM、Dijkstra, KK、Fanchi, LF、Kelderman, S.、Kaing, S.、van Rooij, N.、van den Brink, S.、Schumacher, TN、および Voest, EE (2019 年 12 月 18 日)。腫瘍オルガノイド-T細胞共培養システム。ネイチャーニュース。 2022年4月19日取得、https://www.nature.com/articles/s41596-019-0232-9/
7. スカルダル、A.、マーフィー、SV、デバラセッティ、M.、ミード、I.、カン、H.-W.、ソル、Y.-J.、シュライク・チャン、Y.、シン、S.-R.、チャオ、L.、アレマン、J.、ホール、AR、シュープ、TD、クリーンサング、A.、ドクメシ、MR、ジン・リー、S.、ジャクソン、JD、ヨー、JJ、ハルトゥング、T.、カデムホセイニ、A.、… アタラ、A. (2017)。統合された 3 組織臓器オンチップ プラットフォームにおける複数組織の相互作用。サイエンティフィックレポート、7(1)。 https://doi.org/10.1038/s41598-017-08879-x
8. Salmon, I.、Grebenyuk, S.、Abdel Fattah, AR、Rustandi, G.、Pilkington, T.、Verfaillie, C.、Ranga, A. (2022)。 3D プリントされたマイクロ流体チップを使用して神経血管オルガノイドを設計します。ラボ・オン・ア・チップ、22(8)、1615–1629。 https://doi.org/10.1039/d1lc00535a
9. Wang, J.、Wang, D.、Chen, X.、Yuan, S.、Bai, L.、Liu, C.、および Zeng, YA (2022)。マウス膵島 procr+ 前駆細胞の分離と in vitro での島オルガノイドの長期増殖。ネイチャープロトコル。 https://doi.org/10.1038/S41596-022-00683-W
10. Villa、CE、Cheroni、C.、Dotter、CP、López-Tóbon、A.、Oliveira、B.、Sacco、R.、Yahya、A.H。、Morandell、J.、Gabriele、M.、Tavakoli、Mr、Lyudchik、J.、Sommer、C。ノバリノ、G。（2022）。 CHD8ハプロインズ不足は、自閉症を興奮性および抑制性の軌跡の一時的な変化に結び付けます。セルレポート、39（1）、110615。https：//doi.org/10.1016/j.celrep.2022.110615
11. 幹細胞の話。 （2021年、4月14日）。腫瘍オルガノイド：代替としての薬物検査の有望な未来。中国医療。 2022年4月19日、//med.china.com.cn/content/pid/251936/tid/1026から取得

出典： ANZ Capital