香港にあるノヴォハート（Novoheart）の本社で培養器の扉を開けると、糖分と塩分のある温かい培養液の中に、豆状のぶよっとした10以上の塊が漬かっていて、ドクドクと拍動している。これらは3次元的に試験管内でつくられた人間の心臓、オルガノイドだ。
本物の心臓よりも単純化されており、サイズは小さい。人間の心臓は4つの部屋に分かれている。このミニチュア心臓は、あなたの胸のなかで鼓動しているものと同じような、中空の形状を初めて実現したのだ。
これは実は、薬物検査の未来を照らしている。
製薬会社は新薬を開発して市場に投入するまでに、通常は数十億ドルの費用と10年の期間を費やす。多額の費用をかけた臨床試験の過程で有害な副作用が見つかり、開発が頓挫することも少なくない。
なかでも心臓は、新薬を開発するのが最も難しい。このため製薬会社は、できるだけ早く心臓に関する問題点を見つけ出す方法を模索している。
ミニチュア心臓は本物の組織と同じように、拍動が速くも遅くもなり、強くも弱くもなる。まるで本物と同じように治療に反応するのだ。
ノヴォハートのほかにも、ニューヨークのタラ・バイオシステムズ（Tara Biosystems）は、人間の心臓組織が平たくなってペトリ皿に入ったヴァージョンをつくっている。治療による変化を測定し、そのデータを製薬会社に送る。製薬会社は生きた人間を巻き込んだり傷つけたりすることなく、問題点を見つけられるのだ。ノヴォハートらはここ数年、このような早期警戒システムに向けた契約を大手製薬会社から勝ち取っている。
小さな人工器官を使って薬をテストするというアイデアは、決して新しいものではない。だが、それがうまくいくようになったのは近年の進歩だ。
心臓細胞の大きな問題は培養が困難な点にある。成人の心臓を構成するさまざまなタイプの細胞が成長しない限りは、役に立たない。この分化がなければ、薬が結合できるタンパク質がひどく不足するのだ。
「心室の形状」に着目
ノヴォハートの共同創業者で、マウントサイナイ医科大学の心臓血管細胞・組織工学の責任者であるケヴィン・コスタがミニチュア心臓に関する研究を始めたとき、研究者はまだペトリ皿の中で一層の細胞しか育てられなかった。
この細胞はその場でうごめくだけで、実際の心臓が1分に約70回もするように、荷重に対して収縮できなかった。収縮させるには、細胞を3次元にする必要があったからだ。
そこで、浮かんでいる細胞凝集塊または回転楕円体（スフェロイド）に培養した一層の細胞を押し込んだ。すると、その細胞は平面に妨げられなくなり、本物の心臓組織に見られる種々の細胞に成長した。
だが、これだけではまだ本物の心臓組織のようには動かない。次に、研究者はこれらの細胞型をシート状に接着・凝集化させた。心筋は合板に似ていて、異なる細胞の層がさまざまな方向に並んでいる。その層状構造によって電気パルスに反応し、組織が収縮するのだ。
こうしてシート状にはできたものの、この人工細胞は依然として本物の心臓に見られる重要な特徴がいくつか欠けていた。コスタは「本物の心筋に見られる特性の多くは、心室の形状に由来しているのではないか」と考えた。だが、シート状の細胞を中空のある形状にするには、真の創造性が必要だった。
「中空の球体」がより本物に近い反応をする
ノヴォハートの研究者は幹細胞から育て、遺伝子操作した数百万の心臓細胞を型に流し込んだ。そして“隠し味”として、皮膚の修復を助ける皮膚線維芽細胞をひとつまみ加えた。これによって、より本物に似た種々の細胞からなる細胞型ができた。ゼリーのように各細胞はつかみ合って、中空の球体となった。
コスタによると、この3次元の組織は成人の心臓よりも赤ちゃんの心臓に近いが、シート状のものより本物に近い反応があるという。「中空の球体がより本物に近い反応をする理由は、まだ解明できていません」とコスタは語る。
「球体の中で液体がはねるからかもしれません。せん断応力（挟み切るような力を物体に加えたときに押し返してくる力）のストレスが細胞の成長に影響を及ぼすのでしょうか。まだわかりませんが、この形状が特別な効果をもつのは確かです。それは本物の心臓のように動くのですから、心臓だと見なしていいでしょう」
もちろん本物ではない。しかし、多くの製薬会社が「医薬品の毒性試験に利用できるのではないか」と関心をもつほど本物に近い。
また、ノヴォハートは複数の疾病を理解するために、そのミニ心臓を使っている。つい最近、フリードライヒ失調症を有するミニチュア心臓モデルを開発するファイザーとの共同研究が終了した。
これは遺伝性の致命的な神経筋疾患で、米食品医薬品局（FDA）が承認した治療法はまだ確立されていない。ノヴォハートはこの病気に関連する遺伝子変異を持つ細胞を用いて、同様の電気的、機械的な機能不全を再現した。
コスタは、新薬の開発、特に信頼できる動物モデルのない疾病用の新薬開発に役立てるため、疾病をもつミニチュア心臓モデルのライブラリーを作成しようとしている。この実験がその第一歩だ。
追い風を受けて走る「トップ2社」
タラ・バイオシステムズは目標達成のために、ミニチュア心臓の組織片も利用している。将来的には、個人に対応したオーダーメイドの薬物検査のプラットフォームにする計画もある。さまざまな遺伝的な背景をもつ心臓細胞が、治療にどう反応するかを見るのだ。しかし当面は、10の製薬会社からの増え続けるニーズに対応すべく、毎週200個のミニチュア心臓をつくり出している。
規制の観点からは、絶好のタイミングだといえる。FDAは、新薬が心臓血管に与える重大な副作用を検知する新しい安全性の評価法を考えているからだ。新システムでは、コンピューターのシミュレーションによる評価と、タラの組織片やノヴォハートの心室を構成するのと同種の細胞を使った試験が行われるだろう。
「現在、世界で実施されている安全性の評価法は、それほどよいものでないとFDAは以前から認めており、代わりの方法を探しています」と、ワシントン大学の生物工学の専門家であるネイト・ヒュービッシュは語る。
彼はサンフランシスコのベイエリアにあるスタートアップ企業のオルガノス（Organos）に協力して、薬物試験用のミニチュア組織の開発に取り組んでいる。タラやノヴォハートはライバル企業に当たるが、彼はその研究成果を評価している。「あの2社は最先端の科学を用いて、この分野のトップを走っています」
ほかにもヒュービッシュが強調した点がある。ミニチュア心臓は近いうちに動物モデルに取って代われるわけではない。だが本物の心臓を永久に止めることなく、危険な薬を止められるのだ。
TEXT BY MEGAN MOLTENI
TRANSLATION BY NORIAKI TAKAHASHI