2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of integrated animal cell engineering system for biopharmaceutical production
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20H00322
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
上平 正道 九州大学, 工学研究院, 教授 (40202022)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西島 謙一 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (10262891)
中村 崇裕 九州大学, 農学研究院, 教授 (10464398)
河邉 佳典 九州大学, 工学研究院, 准教授 (30448401)
花井 泰三 九州大学, 農学研究院, 教授 (60283397)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | バイオテクノロジー / バイオ医薬品 / 動物細胞 / セルエンジニアリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
動物細胞を対象としたセル・エンジニアリング技術をベースとして、トータルシステムとして体系化することで、セル・エンジニアリングサイクル（細胞デザイン、遺伝子回路の設計・作製、細胞加工、細胞選別・増幅、機能評価、評価結果に基づいた改良サイクルへのフィードバック）を構築する。先進的な技術を取り入れながら、セル・エンジニアリングにおける新しい要素技術の開発を行い、それらの技術を応用したバイオ医薬品や細胞医薬品の生産について検討することを目的としている。セル・エンジニアリングサイクルを確立することで、動物細胞の機能改変をシステム化するとともに、汎用かつロバストな技術とするために、いくつかの応用例について実証した。当年度では、これまでに開発に成功している、肝特異的転写因子遺伝子群を温熱により誘導発現することで高肝機能を発揮するように改変したヒトヘパトーマ細胞を組織化することによってさらに機能が向上することを明らかにした。そして、大量に組織を作製する方法を開発した。この遺伝子改変ヘパトーマ細胞の薬剤スクリーニングへの応用の可能を示した。また、CHO細胞をホストとする組換え抗体生産では、転写増幅を伴う遺伝子回路を導入した細胞を構築し、高濃度連続生産において、2 g/Lを超える生産システムとなることを示した。さらに、新たにRNAをトリガーとする遺伝子発現システムや翻訳増強システムの開発を行っている。これらの成果は、国内外の学会発表で公表するとともに国際学術誌に掲載された。これ以外にも、デザインされたホスト細胞の開発、人工遺伝子発現制御システムを組み込んだニワトリ始原生殖細胞の構築に取り組んでおり、これらを応用したバイオ医薬品生産のための技術開発を引き続き行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
動物細胞のセル・エンジニアリング技術を統合サイクルとして確立するための、新しい要素技術として以下の４項目の研究開発を行っている。
１．デザインされた新規ホスト細胞の開発 バイオ医薬品生産において繁用されているCHO細胞をホストとした生産細胞技術開発として、多様な外的刺激によって生産誘導可能な遺伝子発現回路を導入した細胞株の樹立を行っている。転写増強システムを組み込んだCHO細胞でモデル抗体の生産を検討し、低温培養によって抗体の長期連続生産が可能であることを示した。申請者が樹立したCHK-Q細胞を生産ホストとした高発現システムの開発についても検討を行っており、CHO細胞と同様の手法で高生産が行えることを明らかにした。
２．人工遺伝子発現制御システムの開発 前年度までに開発しているRNAをセンシングして目的遺伝子発現を誘導できるシステムに関して、これまでに報告されている様々なアプタマー―結合タンパク質の組み合わせを検討し、効果が高いものをスクリーニングした。また、翻訳プロセスの増強を行うためのシステム開発を行い、特定の内部リボソーム結合配列（IRES）に対して翻訳効率を改善する効果のある因子の開発に成功した。
３．人工染色体ベクターを使ったTGニワトリ作製 ニワトリ始原生殖細胞（PGC）に人工染色体ベクターを導入する技術を確立し、人工染色体を有したPGCからニワトリを作出する新たなTGニワトリ作製法を開発している。これまでに、候補染色体にモデル抗体遺伝子のノックインに成功した。本年度は、この遺伝子組換えPGCの抗体発現量や未分化維持といった特徴評価を行った。並行して、この細胞からのTGニワトリの作製を行っている。
４．TGニワトリ作製のための初期胚操作技術の開発 新たな遺伝子導入法として、RNAウイルスベースのベクターの利用を検討し、遺伝子導入および導入遺伝子発現を確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．デザインされた新規ホスト細胞の開発 引き続き、CHO細胞やCHK-Q細胞をバイオ医薬品生産ホストとして利用するために、２で開発した人工遺伝子発現システムを搭載した細胞の開発を行う。
２．人工遺伝子発現制御システムの開発 あらかじめ設定された細胞内状況や外部刺激によって高発現を誘導可能な発現システムを新規に開発する。細胞内の特異的なRNAをセンシングして目的遺伝子発現を誘導できるシステムの開発を引き続き行う。翻訳プロセスの向上を目指したシステム開発をさらに推し進める。
３．人工染色体ベクターを使ったTGニワトリ作製 前年度までに人工染色体への遺伝子の導入にCre-loxPシステムを利用するためのドナーベクターを構築し、CRISPR/Cas9システムによって特定染色体遺伝子座へのドナーベクターの遺伝子配列導入を行ったPGCの作製に成功した。本年度は、このPGCから作製したニワトリでの発現評価を行う。
４．TGニワトリ作製のための初期胚操作技術の開発 RNAウイルスベースのベクターの利用の検討をさらに推し進め、TGニワトリ作製の検討を開始する。
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