中村真人 研究室

デジタルファブリケーションとは、デジタル技術によるものづくりということです。Computer-aided Designing（CAD）：コンピュータ上での設計、Computer-aided Manufacturing（CAM)：コンピュータ上のデジタルデータを送信し、造形装置による製作加工、Computer-aided Engineering（CAE):コンピュータ上で行う工学的な解析やシミュレーションを通して設計や製造の最適化を図ること、これらCAD/CAM/CAEを統合して、精密かつ再現性の高いものづくりが行われるようになってきています。
一方、再生医療では細胞から生体組織や臓器をつくる研究が行われていますが、ここにデジタルファブリケーションの技法が使えたらよいと思いませんか？
私たちは、『臓器をつくる』テーマで、生体組織や臓器の設計（Bio-CAD）をもとに、生きた細胞や生きた組織（Bio-ink, Bio-parts）、たんぱく質などの生体材料（Biomaterial-ink）などを材料として、3次元の組織や臓器をデジタル出力で構築するための装置と技術（Bio-CAM, Bio-3D printing, Bio-assembly）の研究開発に取り組んできました。『デジタルファブリケーションで臓器をつくれるか？』の挑戦です。研究者や技師が手作業で行っている細胞培養や組織構築の過程に、デジタルファブリケーションで、コンピュータの頭脳と高度な機械の手と眼を導入します。今、再生医療の研究領域で、Bio-patterning, Bio-printing, Biofabrication、Bio-assemblyの時代が来ています。
さらに発展して『臓器を育てる、再生する』のテーマでは、臓器が育ち再生するまでの行程にもデジタル技術の応用を構想しています。デジタルによる大きな技術革新が起きることが期待されます。

iPS細胞や細胞集塊（オルガノイド＝ミニ臓器）の研究のおかげで、細胞レベル、小さな組織レベルでの臓器再生の研究が進んできました。しかし、臓器移植を待っている人のためには、まだまだ大きなギャップがあり、全く手が届いていません。臓器移植に代わる治療につながるためには、臓器レベルでの臓器再生が実現せねばなりません。現在、これらの細胞や組織は、体内で臓器再生することを期待して体内に移植する研究が行われています。ところが、この30年来、世界中で行われてきていますが、体内で細胞任せで臓器をつくろうとすると、結局、線維性の瘢痕組織になってしまうという大きな壁に阻まれています。残念ながらその解決は未だできていません。体内では増殖旺盛な線維芽細胞や白血球など集まってきて、移植した重要な細胞組織は、生存競争にさらされます。酸素を必要とする重要臓器の細胞の多くは生き残れないのです。しかも臓器に育つには時間もかかり、その間、ちゃんと臓器に育つかの保証もありません。最新の再生医療といえども、現在地はここまでで（図参照）、臓器再生までにはまだまだ大きな隔たりがあります。

ではどうしたらよいでしょうか？

そこで私たちは、小さな細胞組織が機能する臓器に育つ行程こそが最も重要な行程で、この過程こそが科学の手で制御しなければならない最重要の鍵と考えました。それを実行するために、体外で臓器を育て、強力な再生治療を行うことで、この臓器再生プロセスに介入しようと考えました。
その構想の下、現在、体外腎臓灌流培養システムの開発、体外で腎臓を再生させる技術、そして体外で再生させる腎臓をモニタリングし制御する技術を3本柱と考え、これらを前進させて腎臓再生研究を発展させることを目指しています。
先進再生医療工学が、新しい再生医療の道と時代を創ります！

当研究室では、臓器移植にたよらない未来社会を目指して、壊れた腎臓を体外で再生するという新しい発想の臓器再生の研究にチャレンジしています。

腎臓は再生医療では最も困難な臓器です。
これまで細胞や細胞集塊を移植する再生医療の試みが行われてきましたが、腎臓はあまりにも複雑で精密な臓器であるため、
腎臓再生は依然として困難なままで、行き詰っています。
そこで、私たちは、壊れた腎臓を体外に取り出し、体外で強力な再生治療を集中的に行う、
という斬新な腎臓再生法を開拓しようと考えました。

体外で腎臓再生を実現する一番の鍵は、これを実現するための装置システムです。
体外で腎臓を灌流し維持する体外腎臓灌流技術、灌流している腎臓を傷つけずに観測・モニタリングする技術、
さらには腎臓の状態を検査し、分析・解析して評価・診断する技術、そしてそれに応じて最適治療を実施する治療技術が必要です。
私たちは、この構想を実現するための装置システムの研究開発に取り組んでいます。

とはいうものの、この構想を実現する装置はまだ世にありません。ではどうしたらよいでしょうか？

荒野の中、道なき道を切り拓かねばならないとき、先人たちはブルドーザーやパワーショベルなどの什器や機器を開発してきました。
それらがそろったおかげで、今や、どんな荒野であっても、人間の手作業よりもはるかに迅速に、山を切り拓き、トンネルを作り、
谷に橋を架け、どんどん道を作っていけるようになりました。機械の力って、すごいですよね！

また、近年、DX、IoT、AIによる社会変革が叫ばれ、社会のいろいろな分野に導入されてきています。
まさにコンピュータ技術の進歩のおかげです。

そこで、私たちは、腎臓再生のための装置システムの研究開発に、積極的にDX、IoT、AIを融合させることを目指しています。
そうすることで、人の能力をはるかに超える先進的な臓器再生治療ができる技術と装置システムが開発できる、と考えるからです。
そうすれば、腎臓再生の研究開発にもきっと大きな変革と加速がもたらされると確信しています。

1日も早く、腎臓再生が実現する未来が実現できることを願って、体外腎臓再生の研究を前進させる活動に取り組んでいます。

＊この研究は、2025年度（公）総合工学振興財団の研究助成に採択されました。https://www.fist.or.jp/2025senkoukekka.html

◎臓器再生の研究に関して、よくある質問（Q&A）

Q1. 臓器移植を否定する研究なのですか？
⇒A;　臓器移植で助かっている患者さんはたくさんあります。なので否定はしません。しかし、21世紀に目指すべき医療とは思えません。
臓器移植の研究は1900年頃から始まり、半世紀の苦難を経て1954年にヒトで成功、1970〜80年代に免疫拒絶と戦いの結果、有効な免疫抑制剤の開発により臨床治療として確立されました。しかし、1990年代から臓器不足が叫ばれるようになりました。現在、やむを得ず他人の臓器に依存するしかありません。腎臓の場合は、生体腎移植が行われていますが、健康な方が腎臓を失います。日本だけで毎年1600件の生体腎移植が行われている現実を考えると、21世紀になった今日なお目指すべき医療ではないのではないでしょうか？

Q2. 本当にできるの？
⇒A:　体外で腎臓を再生させる技術は残念ながらまだありません。しかしそれは、まだほとんど研究されていないからです。可能性はあります。できない理由を考えるのではなく、できる理由を考えて取り組んでいます。多くの研究者たちが取り組めば、きっとできますよ！

Q3. いつ使える？
⇒A:　臓器移植の研究は1900年頃研究が始まって、約50年経って人（一卵性双生児）で成功、80年経ってようやく医療技術として確立されました。人工心臓の研究も、50年経って臨床応用ができるようになりました。再生医療が始まったのが1990年代ですが、今なお、現在地で述べた段階にとどまっています。体外で臓器を再生させる研究は今ようやく産声をあげたところです。でも、50年後、なんて言っておれませんよね？今の時代、科学技術の進歩は驚くほど迅速です。20年内、いや、10年後には実現させたいものです。

Q4. 倫理的に大丈夫？
A:　臓器移植には多くの倫理問題が関わっています。他人の臓器を期待するからです。臓器売買はもちろんですが、誰かのために自分の臓器を失うことを美徳とする社会も望ましいとは思えません。臓器移植にたよらない社会を目指すべきと思います。そして、体外で臓器を再生する研究は、成功して確立されれば、自分の臓器を体外で再生させる道につながります。自分の臓器が再生するのを持つ社会は、倫理的に問題ありますか？

Q5. 体外に腎臓を取り出すのは、侵襲が大きすぎませんか？
⇒A：誰もが心配することです。
しかし、この治療の対象なる患者さんは、透析を受けている重度の腎不全の患者さんです。腎臓を取り出す手術が必要なので侵襲はありますが、2個のうち1個を取り出しても透析で生きられるので、生命上の問題はありません。
また、腎臓移植を受ける手術の際にはおなかを開ける手術が必要ですが、もし、その時に、機能不全の腎臓を1個取り出すことができれば、手術の侵襲はあまり変わりません。そしてその1個を体外で再生させられれば、他の人の移植に使えますよね？
また、現在は日本だけで生体腎移植が毎年1600件行われています。その場合、ドナーの方は、健康な方ですが、腎臓を失うという大きな侵襲を受けています。本来不要な侵襲です。もし、侵襲を問題と考えるならば、こちらの侵襲こそ問題にすべきと思いますが、いかがでしょうか？

Q6. 何が新しい？
⇒A:　現在の再生医療では、移植臓器まで育てることはできません。それを可能にしようと取り組んでいます。

Q7. 誰が関われる？
⇒A:　当研究室では、優秀で、志の高い機械工学系のエンジニア（の卵）を必要としています。もちろん、医師、医学関係者に限らず、生物、化学を専門とするエンジニアも必要です。
特に、エンジニアを求める理由は、エンジニアは、今までにない装置や材料を作り産み出すことができるからです。そうすると、未だかつてなかった装置やもので、未だかつてなかった作業ができ、高度な再生医療につながると考えるからです。物が作れるというのはすごいことですね！
『エンジニアになって、未来を創れ！』
すでにエンジニアの方、もしくはエンジニアをすでに目指している方は、
『未来を創るエンジニアになれ！』
と、エールを送ります。
また、Home Page作成や管理のできる方、得意な方、学生に限らず、ボランティアで手伝ってくれる方を募集しています。一緒に情報発信のページを作っていただけませんか？

希望される方は、ぜひ、ご連絡ください。歓迎します。