徐涛：臨床応用に向けたバイオ添加剤製造技術の革新と初期産業化

2024年付加製造産業発展フォーラムおよび付加製造産業年次大会メインフォーラムにおいて、深圳清華大学研究センター所長で清華大学教授の徐涛氏が「臨床応用に向けたバイオ付加製造技術の革新と産業化の初期実践」と題する報告を行った。

私は、生物学的 3D プリンティングとバイオ添加剤製造の分野で働いています。私たちの仕事についてお話ししましょう。まず、清華大学のバイオ製造チームでよく使用されるこの写真から始めます。ここで伝えたいのは、医療用途の 3D プリンティングは、真に学際的で分野横断的なイノベーション分野であるということです。得られる情報は、外科用鋳型やインプラント、段階的な反復から現在の生体細胞プリンティングまで多岐にわたります。

私は、クラス I およびクラス II の医療機器、クラス III の埋め込み型医療機器、生体印刷医療機器や革新的な医薬品の将来の開発など、いくつかの産業的試みを行ってきたため、この PPT に新たな側面を加えました。したがって、これは技術や分野を横断するだけでなく、医療機器の開発だけでなく、産業的手法の飛躍となる可能性があります。

近年、医療用3Dプリンティングは、特に工業情報化部と国家食品医薬品局の支援、そしてこれらの主要な業界政策の支援を受けて、私たちに多大な支援を与えてきました。例えば、医療機器規制は2019年に公布されました。公布から現在までに、11月までに中国で先進的な3Dプリントを通じて工業化・製造できる医療機器は199種あり、その中にはクラスIIおよびクラスIIIの医療機器が167種含まれています。私がこのデータを持っているのは、国家医療添加剤製造標準委員会の専門家グループのメンバーでもあるからです。私たちはちょうど 2 週間前に北京で会議を開きました。この数字はそこから得たもので、比較的正確です。

積層造形標準委員会は 2 期にわたって開催され、私は両期とも専門委員を務めました。業界標準を含めて6つの標準が発表されており、2つは研究中です。同時に、国の多くのイノベーションシステム、主要な研究開発計画などについては皆さんよくご存知なので、詳しく説明しません。

私が今皆さんに報告したいのは、私たちのチームが注力しているリビングプリンティングの技術です。私たちはこの技術にかなり長い間取り組んできました。生きた細胞が、人間の組織や臓器を形成することを目標とした印刷用の印刷インク、つまりバイオインクになることができることを簡単に説明したいと思います。

この基盤の上に、私はメンターと共に世界初の細胞印刷特許を所有し、Wikipediaにも掲載されたことを大変光栄に思っています。また、この分野で世界初の論文を第一著者として発表できたことも光栄に思っています。

過去23年間、私たちは傷の修復、皮膚の印刷、鼓動する心臓の印刷など、生体印刷に関して多くの試みを行ってきました。時間の制約があるため、詳細については触れません。

私たちは、多くのメディアから非常に重要な注目と報道を受けました。時間の制約があるため、簡単にすべてを説明します。

今日の重要な話題に戻りますが、特に中国と清華大学に戻ったときに私が最初に考えた疑問は、私たちの新しい技術は臨床応用にどのような可能性を持っているかということでした。本日は3つの報告をさせていただきます。1つ目は腫瘍に関するもので、主要ながんに対する個別化医薬品のスクリーニングを行います。2つ目は再生に関するもので、脊髄神経という世界的に困難な問題に取り組んできました。3つ目は外科的手法に関するもので、世界で初めて生体内での印刷と製造を提案しました。

腫瘍の話題を語る前に、この分野全体が発展しており、生物の分野が活況を呈していることをお伝えしたいと思います。オルガノイド技術は、人間を単なる細胞の集積から機能的な構造を生み出すまでに進化させました。例えば、人間は乳腺オルガノイドを使って乳汁を生成したり、涙腺オルガノイドを使って涙を生成したり、腸オルガノイドを使って化合物を刺激したりすることができます。

さらに、米国 FDA はオルガノイドを代替動物モデルとして使用することを許可しています。2 年前、米国は代替動物モデルを作成するためのアクセス権を持っていたため、将来の臨床試験では一部の動物実験が不要になり、オルガノイドを通じて直接監視できるようになります。

この技術は急成長を遂げていますが、3Dプリントの需要は高まっています。産業変革の直前の今、臨床標本が非常に限られており、数も少ないため、できないことを行うためにエンジニアリング技術が必要です。右の写真でわかるように、効率的な製造が必要です。これは、既存の手作業による方法です。肺がんのオルガノイドは大きくも小さくも非常に不均一です。エンジニアリングプリントを通じて、非常に良い仕事をしてきました。

他にもいくつかありますが、簡単に紹介します。

私たちは 3D プリントを使用してオルガノイドを作成します。こちらが私たちのオルガノイドの簡単な概略図です。ご覧のとおり、これらの幹細胞の主細胞を印刷して組み立て、小さな球体を形成することができます。この小さな球体が、使用する必要があるオルガノイドです。これは、当社の多くのプロジェクトでサポートされています。

ここに見えるのはオルガノイドの展示です。

では具体的にどのように使用すればいいのでしょうか?症例をいくつかお話ししましょう。これらは実際の症例です。神経膠腫の場合、なぜ私たちがこの薬を使うのかはご存じでしょう。それは、患者ごとに薬剤に対する反応が異なるためです。これは異質性と呼ばれます。あなたの薬は私のものとまったく同じではないかもしれません。同じ患者であっても、ステージが異なれば、腫瘍の薬剤に対する薬剤耐性が異なる場合があります。具体的には、神経膠腫の症例に戻りましょう。神経膠芽腫は完全に除去できないタイプの腫瘍であるため、化学療法を行う必要があります。化学療法では、神経膠腫細胞を採取して大量に複製します。in vitroで多くの神経膠腫を複製し、どの薬剤がこの患者に有効かを調べるためにテストします。具体的には、この症例は患者の 1 人です。患者の 1 人は、第一線の臨床ガイドラインで義務付けられているテタヌサミドという薬剤を服用しました。医師は、この薬剤を使用しなければならないと言いました。使用しないと問題が発生し、医師と患者の関係になってしまいます。

検査してみると、この薬は実際には役に立たないことがわかりました。濃度を10倍、100倍にしても、細胞をほとんど殺すことができないことがわかります。最後の2つの薬を検査しましたが、医師はまだこの薬を使いました。予想通り、彼は1、2か月遅れ、化学療法も受けました。実際、彼にはこの薬は必要ありませんでした。しかし、ガイドラインの要件であるため、このような新しいテクノロジーは既存のルールに非常に強く挑戦することになります。

2週間前、中国抗がん協会と業界がこのオルガノイドを基準に含めたことを大変嬉しく思います。心強い進歩が見られましたが、全国的な推進が待たれており、それが次のステップとなります。

2 つ目の臨床応用は、病気の中期および後期段階の患者の場合、複数の薬物スクリーニングを受けているため、選択肢がほとんどないことがわかっていることです。専門家は、市場に出ている 100 種類の薬、または開発中の別の 100 種類の薬を作ることができるかどうか尋ねました。私は、最適な薬を見つけるために 200 種類の薬をスクリーニングするという課題に直面しました。12 種類以上の従来の薬がすでに試されており、他に選択肢はありませんでした。私たちは、3D プリントを実行するために彼を見つけました。概念を説明しましょう。データが多すぎたのです。

一人の患者から大量の臓器を作るとなると、何十万個も作る必要があり、肉眼では確認できず、識別には人工知能が必要になります。私たちは、そんな薬を見つけました。

最後のケースは、免疫薬やCART薬はどんどん増えていますが、何十万ドル、何百万ドルもかかります。医師は、患者に使用する前に薬の有効性をテストするために、私たちの徐先生を見つけました。これらはすべて開発中です。時間の制約があるため、詳細には触れません。

つまり、臨床医が検体を提供して、3週間後にどの薬が比較的効果的かを示すレポートを出すことができるという結論です。現在、私たちはそのようなモデルを完全に確立しています。

これが最初のトピックです。2つ目は重傷の再生です。脊髄損傷を例に挙げてみましょう。バイオニックの原理に従って幹細胞を使って神経セルロースを作ります。一番右の写真は、人間が本来こうあるべき姿です。まだ5分ありますので、印刷します。脊髄を切断して、印刷した材料を移植します。左側を見ると、治療をしなくても足が萎縮しているのがわかりますが、比較的よく回復します。

次に、より統合された、より高度な治療法に移りました。左側は、当社の統合治療の組み合わせです。非常にリラックスできることがわかります。次に、このような別の例を示します。治療を受けていない空白のグループは、完全な円を完成できませんでした。幹細胞治療のみで 2 つの円ができました。複合印刷治療により、多くの円を完成させることができます。

最後に、当社の革新的なモデルは、生体内印刷を含むより多くの外科的方法を医師に提供します。胃腸疾患が除去された後、または胃がんの修復が必要になった後、胃内視鏡技術を介してプリンターを胃腸管内に持ち込み、現場で修復することができます。プリンターを持ち込んで胃壁の材料と細胞を修復し、このような設計を実行することができます。

これが私たちが作ったものです。このモデルは1：1モデルに従って作られています。フィールドなどの形状に印刷することができ、非常に簡単に実現できます。

胃液中の体液の印刷や液体中の印刷を実現しました。現在、誰もが簡単に実現できる大気開放状態で印刷しています。液体中での印刷は非常に難しいのですが、私たちはこの技術を克服しました。また、印刷プロセス全体を液体中で実行するのも初めてです。

例えば、臨床上の問題を修復してきました。胎膜を修復でき、21日間という非常に長い期間、漏れがないことを実証しました。ロボットを使用して体に小さな穴を開け、斜め内側から修復を行うなどです。この修理の強度も非常に印象的で、これが将来の修理モードになるかもしれません。

私たちのイノベーションは、アメリカのメディアをはじめ、アメリカ国内で大きな注目を集めています。

帰国後、軍事科学技術進歩賞一等賞、国家科学技術進歩賞二等賞をはじめ、数え切れないほど多くの賞を受賞しました。

最後に、変革についてお話しします。今日は産業なので、私は個人的にチームを率いて3つの変革を試みました。1つ目は、多くの大学の先生がよく使うライセンスの譲渡です。先ほどお話しした最初の特許は、米国のナスダック上場企業に与えられたものです。プリントミートについて聞いたことがあるかもしれません。この会社のものです。株価は最高221ドル、1,500人民元を超えました。私たちは毎年小切手を支払うモデルを採用しているので、この技術の変革を非常にうまく、迅速に実現できます。

2つ目のモデルは、規模の面で重要な3Dプリント会社であるMaipu Medicalを共同設立することです。私が設立した会社で、すでに頭蓋骨と脳の閉鎖の開発の兆候を示しています。私たちは中国最大のハイエンド医療機器会社です。これは海外での当社の臨床応用であり、これが私たちのヒーローに与えられた応用状況です。私たちはすでに15のクラスIII登録証明書を取得しており、多くのサービスを提供してきました。私たちは3年前にメインボードに上場しました。

以下は、米国フォーチュン誌の編集長がチームに参加した後、米国の起業家が私たちから中国の経験を少しでも学んでくれることを願って書いた文章です。

最後のモデルは、私が現在精力的に実践しているものでもあります。なぜ私は過去8年間を北京で、過去2年間を深センで過ごしたのでしょうか。私は10人以上の学生を連れてきました。私は清華大学で10年間過ごし、10人以上のクラスメートと一緒に南に移動しました。私たちは毎年会社を設立しました。私たちは3つの会社を設立しましたが、それぞれ異なることをしています。基礎となる技術は同じで、すべて生物学的3Dで作られています。幹細胞活性材料と、原材料レベルで非常に大きな影響を与える再生医療の大きな分野があります。2つ目は体内でロボットを製造する実践であり、最後はオルガノイドの実践です。

こちらは当校の生徒の代表です。

これは当社の最初の製品です。市場には多くの製品が投入され、わずか 2 ～ 3 年でキャッシュフローが生まれました。これは当社の最初の製品群であり、当社の大型装置であるオルガノイドと非常によく一致しています。一番右のものは数千万ドルで売れる可能性があります。

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