顕微鏡下での 3D バイオプリンティング: 現在の基準は倫理的か?

この投稿は warrior bear によって 2023-8-27 21:10 に最後に編集されました

はじめに: 急速に発展しているバイオテクノロジーの分野において、3D バイオプリンティングはヘルスケアを変え、臓器移植、組織工学、薬物試験と開発、個別化医療、神経再生、疾患モデル化などの主要な医療課題を解決するための希望の光となっています。バイオプリンティングは現代医療のやり方に革命を起こす可能性を秘めており、研究者、投資家、医療専門家からますます注目を集めています。しかし、バイオプリンティング技術が急速に発展するにつれ、より多くの倫理的配慮、法的枠組み、規制上の課題を伴う厳しい監視にも直面することになります。

バイオプリンティング業界が成長を続け、多額の投資が流入するにつれて、この革新的な技術を取り巻く倫理的な論争を解決することがますます緊急の課題になっています。この号では、バイオプリンティング業界の中核的な課題を深く掘り下げ、物議を醸しているヒト胚性幹細胞の使用や人工多能性幹細胞の潜在的リスク、デジタル化、臨床試験、動物実験など、人工ヒト臓器の作成によって生じる倫理的問題を検討します。
△ 2022年の世界の3Dバイオプリンティング市場規模は21億3000万米ドルで、2030年までに約83億米ドルに達すると予想されています（画像提供：OMR Global）
この号の記事は、バイオプリンティングを詳細に分析し、その膨大な応用可能性と既存の倫理的制約との複雑な関係を検証することを目的としています。こうした複雑な状況を乗り越えるには、医療の健全な未来を確保するために、イノベーションと倫理的責任の間で微妙なバランスをとることが重要になります。
バイオメディカルにおける普遍的な法則と基準 バイオプリンティングが今後どこに向かう可能性があるかを理解するには、既存の法律や基準をさらに深く調べる必要があります。バイオメディカル分野では、これらの規制は医学的および生物学的側面、研究作業、技術革新を監督する包括的な枠組みを形成します。これらの法律と基準は、患者の安全を確保し、倫理的問題を解決し、研究の完全性を維持し、責任ある医療の進歩を促進する上で重要な役割を果たします。このフレームワークは、それぞれ異なる焦点を持つさまざまな領域をガイドします。
たとえば、臨床試験と倫理研究はどちらも、研究や臨床試験への被験者の参加を監督する上で基本的な役割を果たします。同時に、機関審査委員会 (IRB) などの機関は、インフォームドコンセント、参加者の権利の保護、倫理ガイドラインの厳格な遵守を保証します。同時に、FDA などの政府規制機関は、医療機器の生産の全過程を監督する任務を負っています。 GDPR や HIPAA などのデータプライバシー法も、機密性の高い医療データの保管と使用を保護する方法としてますます重要になっているため、無視することはできません。同様に、この分野で革新を起こす際には知的財産権を考慮する必要があります。
バイオプリンティングの分野で特に重要なのは幹細胞研究です。幹細胞研究は科学の進歩と倫理的配慮が交わる独特の場所を占め、胚性幹細胞の複雑な領域を包含する許容範囲の境界を概説しています。同時に、臓器移植は患者の健康と臓器の倫理的な供給源との間の微妙なバランスを追求し、公平性と責任に基づいたバランスを推進します。もちろん、生殖分野を含むヘルスケアのあらゆる側面をカバーするものが今後もたくさんあります。
これらの法律と規制は総合的に、バイオ医療が繁栄するための前提を確立します。生物医学分野の法律と基準は、変化する科学の進歩と社会問題に対応するために、さまざまな地域に適応し、進化する必要があります。このダイナミックなバランスにより、責任ある倫理的行動の範囲内で医学の進歩が追求されることが保証されます。このように、バイオプリンティングは完全にカバーされているわけではありませんが、さまざまな機関の立法枠組みの下で実行することができます。
△現在、バイオプリンティングプロセス全体を監督する包括的な規制はないが、組織工学と再生医療に関する部分的な法律はある（写真提供：ウォルデン大学）
バイオプリンティングに関する法律と基準 理解を深めるためには、これらの法則が進化するバイオプリンティングの分野にどのように直接適用できるかを検討する必要があります。実際、PubMed Central が発行した研究「エンジニアリング組織の現在の基準と倫理的見通し - 3D バイオプリンティングの観点」の「組織工学製品のユニバーサルスタンダード」のセクションでは、世界中で一貫した品質を確保するために組織工学医療製品 (TEMP) のユニバーサルスタンダードが重要であることが説明されています。これらの規格は、国際標準化機構 (ISO) や米国材料試験協会 (ASTM) International などの組織によって策定されています。
実際、ASTM と ISO はどちらも、分類、生体材料、細胞と組織の構造、安全性、評価を網羅した TEMP 規格のリストを公開しています。これらの規格は、前臨床研究から臨床試験に至るまで、組織工学製品の安全性と品質を規制し、確保するのに役立ちます。さらに、ISO は組織や専門家と協力して、特に医療などのさまざまな分野で使用される付加製造技術に関する世界的な標準と品質を継続的に改善しています。
全体として、これらの共通規格は、組織工学製品を含む医療製品の検証と、人間への使用における安全性と有効性の確保において重要な役割を果たします。バイオプリンティングは急速に進化している分野であるため、標準やそのような標準の開発に関与する組織も継続的に進化しています。具体的な標準は異なる場合がありますが、バイオプリンティング標準に関連する一般的な傾向と側面は次のとおりです。

材料規格: バイオプリンティングプロセスと互換性があり、生きた細胞に使用しても安全な標準化された生体材料が必要です。使用する材料は、適切な機械的特性、生体適合性、および分解速度を備えている必要があります。バイオインクとスキャフォールド材料の品質と特性の基準を確立するための取り組みが継続的に行われています。
細胞の生存率と機能性: バイオプリント構造が細胞の生存率と機能性を維持することを保証するための標準が開発されています。バイオプリンティングのプロセスでは、埋め込まれた細胞の生存能力と動作が損なわれず、細胞が成長し、分化し、意図された機能を発揮できるようにする必要があります。
印刷可能性と解像度: 複雑な構造を設計および印刷するためのガイドラインが検討されています。バイオプリント構造の精度と再現性を確保するには、解像度、層の厚さ、ノズルの直径などの印刷可能性の要素を標準化する必要があります。
バイオリアクター培養: バイオプリント構造では、多くの場合、バイオリアクター内での印刷後の培養が必要になります。最適な細胞の成長と組織の発達を促進するために、温度、湿度、栄養供給、機械的刺激などの培養条件の基準が検討されています。
品質管理と特性評価: バイオプリント構造の品質管理と特性評価のための標準化された方法が重要です。これには、細胞生存率、細胞分布、組織形態、機械的特性、および機能性の評価が含まれます。
倫理的および規制上の考慮事項: バイオプリンティングでは生きた細胞や組織を扱うため、倫理的および規制上の考慮事項が生じます。患者の安全、同意、知的財産に関連する問題に対処しながら、バイオプリンティング技術の責任ある安全な使用を確保するための新しい基準が検討されています。
バイオプリンターのキャリブレーションと検証: バイオプリンティングプロセスの精度と再現性を確保するには、バイオプリンターの標準化されたキャリブレーションおよび検証プロトコルが必要です。これにより、さまざまな研究室やシステム間で一貫した結果が得られます。
データの報告と共有: バイオプリンティングのプロセス、材料、および結果の標準化された報告は、共同作業、再現性、および研究結果の比較を促進するために重要です。データと手法をオープンに共有することで、この分野の進歩を加速させることができます。

規制環境の分析 現在、組織工学および組織バイオプリンティング (TEMP) の臨床応用は大きな課題に直面しています。大きな問題は、世界中で TEMP に関する標準化された規制上の考慮事項が欠如していることであり、そのため、既存の基準と規制の改訂が必要になります。規制ガイドラインは地域によって異なるため、これらの問題の一貫した臨床的解釈を確保することは困難です。これらの課題を克服するために、多くの規制当局は、天然の生物学的材料と細胞の使用によって生じる複雑さと信頼性の低さを考慮し、TEMP を承認する際に適応型アプローチを採用しています。しかし、TEMP を取り巻く科学的な不確実性により、市場承認が遅れることがよくあります。
細胞源の選択に関しても倫理的な問題が生じ、長期的な安全性のリスクや免疫原性の懸念があるにもかかわらず、成人ドナーからの幹細胞が一般的に使用されています。 TEMP 移植後の変動性も別の懸念事項であり、宿主環境内の代謝活性細胞が免疫反応を誘発したり、不一致が生じたりする可能性がある。
細胞および人工多能性幹細胞（iPSC）の使用をめぐる倫理的問題 さらに、ヒト胚性幹細胞（ESC）はヒトの胚から得られるため、バイオプリンティングをめぐる倫理的論争の中心となってきました。胚は人体のあらゆる細胞に分化できる大きな可能性を秘めているが、その使用は人間の生命の始まりと胚の道徳的地位に関する深い倫理的問題を提起する。研究目的でヒト胚性幹細胞を入手するにはヒト胚を破壊する必要があり、生命がいつ始まるのか、また胚を破壊することの倫理的影響について激しい議論が巻き起こっている。さらに、ヒト胚性幹細胞由来製品の商業化に対しても、宗教団体や倫理団体からの抵抗が続いている。
△胚性幹細胞（写真提供：BioTechne）
もう一つの倫理的な課題は、人工多能性幹細胞（iPSC）の使用から生じます。 3D バイオプリンティングにおける人工多能性幹細胞 (iPSC) の使用は、再生医療に大きな期待が寄せられています。 iPSC は、胚性幹細胞のような特性を持つように遺伝的に再プログラムされた成体細胞であり、さまざまな細胞タイプに分化することができます。 iPSC は、ヒト胚性幹細胞に関連する倫理的問題なしに患者固有の細胞を生成できるため、バイオプリンティングの魅力的な選択肢となります。しかし、iPSC の使用には倫理的な課題がないわけではありません。注目すべき問題の 1 つは、iPSC 誘導中に異常な再プログラミングが発生する可能性があることです。例えば、日本の京都大学iPS細胞研究所の講師である沖田圭介氏が行った研究では、遺伝子変異を避け、バイオプリントされた組織や臓器の安全性を確保するよう注意する必要性を強調しています。
さらに、幹細胞療法中の iPSC では腫瘍形成性、つまり腫瘍を引き起こしたり生成したりする傾向が観察されています。スタンフォード大学医学部の幹細胞生物学および再生医療研究所の研究員アンドリュー・S・リー氏の研究では、iPSC 療法を受けている患者における腫瘍形成を回避するためにこのリスクに対処することの重要性が強調されています。「胚性 (ESC) および人工多能性幹細胞 (iPSC) を含む多能性幹細胞 (PSC) は、再生療法の源として非常に大きな可能性を秘めています。しかし、これらの細胞を治療上非常に有望なものにしている自己複製および多能性という固有の特性は、同様に重大な腫瘍形成の可能性ももたらします。」
研究ではさらに、「過去数年間にわたり、多数の小型および大型動物研究により、PSC の腫瘍形成リスクが強調されてきた」と指摘しています。 iPSC由来製品の安全性と有効性を確保することは、技術に対する国民の信頼を維持し、患者の健康を守るために非常に重要であり、多能性幹細胞療法にとって依然として障害となっています。
△人工多能性幹細胞の顕微鏡観察（写真提供：グラッドストーン研究所）
所有
バイオプリント製品の所有権 バイオプリンティングにはヒト幹細胞とその遺伝子成分が使用されるため、結果として得られるバイオプリント製品の所有権は誰にあるかという問題は白熱した議論を巻き起こすことが予想される。議論は患者データの領域にまで及び、この場合は患者自身の遺伝物質にまで及んでいる。既得権益者には、医療提供者、研究者、バイオテクノロジー企業、そして特に患者が含まれます。バイオエンジニアリングされた臓器の違法市場が出現する可能性を防ぐためには、法律と医療の専門家が協力して、これらの資産を管理するための明確な倫理ガイドラインを確立する必要があるかもしれない。この協力は、患者とその他の関係者に対する公平性を確保することを目的としています。
知的財産の所有権 科学技術研究センター (CWTS) の研究者である Niki Vermeulen 氏は、バイオプリンティング分野で IP フレームワークを開発するために必要な複雑さについて詳細に議論しました。人間の臓器の印刷に関する社会倫理的観点からの研究で、ニッキ氏は、これらの「新しい印刷技術は、再生医療と産業にとって、書籍の印刷と同じくらい革命的で民主的なものになるだろう」と主張し、個人向けに設計された生物学的構造が「現代の文化社会において、テキストと同じくらい遍在する」ようになると予測している。彼女はさらに、21 世紀の 3D バイオプリンティングと 15 世紀の印刷機のプロセス、開発、アクセシビリティの類似点について、いくつかの類似点を挙げながら説明しました。
この研究は、バイオプリンティング技術を特許を取得できる医療機器として分類すべきか、それとも特許を取得できない医療処置として分類すべきかをどのように判断するかという大きなジレンマを提起している。問題は、この技術が商業的に実現可能なイノベーションとみなされるべきか、あるいは将来の必須の医療行為とみなされるべきかということにかかっているが、その両方である可能性もある。さらに、特許を付与する行為がイノベーションを促進するのか、それとも妨げるのかについても議論が続いています。重要なのは、この場合、その結果が何百万人もの人々の生活に直接影響を与える可能性があるということです。ヴェルミューレン氏とその同僚は、このジレンマを解決する一つの方法は、民間部門と公共部門の協力的な取り組みであると示唆している。
△バイオプリンティングと知的財産の所有権は将来の課題です（写真提供：アメリカ心臓病学会財団（左）とPixstastock（右））
臨床試験
倫理的な臨床試験の設計 3D バイオプリンティングの倫理的な臨床試験を設計することは、個別化された効果的な治療を確実にするために重要です。末期患者の組み入れ基準と参加には、潜在的なリスクと利点のバランスを取り、研究と臨床実践における倫理原則を遵守するための慎重な倫理的評価が必要です。 3D バイオプリンティングの倫理的および法的側面は、この変革的な技術の責任ある開発と応用にとって非常に重要です。バイオプリンティングが医療に革命をもたらす大きな可能性を模索する中で、継続的な議論が行われ、強力な規制が実施され、明確な倫理ガイドラインが確立され、主流の医療実践へのバイオプリンティングの倫理的かつ有益な統合が確実に行われることが不可欠です。これらの倫理的課題に積極的に取り組むことで、患者と社会全体に利益をもたらすバイオプリンティングの倫理的進歩への道を切り開くことができます。
将来的には、3D バイオプリンティングは大きな可能性を秘めており、バイオプリントされた組織モデルや臓器チップは今後 5 ～ 8 年以内に商品化される可能性があります。しかし、その複雑な性質と生物学的成分のため、3D バイオプリントされた組織や臓器の商品化には数十年かかる可能性があります。高解像度印刷、異種組織の培養、血管ネットワークの開発、倫理的および安全性の問題への対処などの課題を克服することは、臨床応用における 3D バイオプリンティングの可能性を最大限に引き出すために不可欠です。
現在の慣行は基準を満たしていますか?
本当の疑問は、現在のバイオプリンティングの標準は機能しているかどうかです。バイオプリンティングの実践は進歩しているものの、標準化と信頼性の面で依然として課題を抱えているようです。バイオプリンティング技術は大きく進歩したにもかかわらず、実践が期待に応えられないケースがまだあります。
大きな障害は、バイオプリンティングプロセスに適した標準化された生体材料が不足していることです。材料特性の変動により、印刷された構造の機械的特性、劣化速度、生体適合性に不一致が生じ、全体的な機能性と安全性に影響を及ぼす可能性があります。もう一つの問題は、バイオプリントされた構造の実行可能性と機能性に関するものです。研究者は細胞の生存率の向上に努めていますが、印刷プロセスでは機械的な力により埋め込まれた細胞の生存と動作が損なわれる可能性があります。
さらに、バイオプリント構造の特性評価と評価のための標準化されたプロトコルがないため、品質管理が妨げられています。評価基準が異なるため、研究間の結果の比較が困難になります。もう一つの未解決の課題は、適切な栄養供給を提供するために、機能的な血管ネットワークをバイオプリントされた組織に統合することです。機能的な血管を作り出す取り組みは、より大きな組織の血管新生に影響を与える複雑な問題に直面しており、技術的な改善が必要となります。さらに、人間の臓器の生成などのさまざまなシナリオでは、臓器の所有権、患者の同意、規制の経路に関する懸念が生じます。このため、バイオプリンティングに関する包括的な倫理的および規制的枠組みがますます必要になっています。
つまり、バイオプリンティングの進歩にもかかわらず、生体材料、細胞の生存率、特性評価に関する課題が、現在の実践の不十分さを浮き彫りにしています。これらの課題は、バイオプリンティングの信頼性と一貫性を向上させるための標準化されたガイドラインとプロトコルを開発するための継続的な取り組みの重要性を浮き彫りにしています。これらの例は、バイオプリンティングの複雑さと、世界的に受け入れられている標準の技術的、倫理的、規制上の課題に対処する必要性を浮き彫りにしています。