2022 Fiscal Year Annual Research Report
Multiscale design platform for innovating freezing processes of iPS cells
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20K21102
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
杉山 弘和 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70701340)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
紀ノ岡 正博 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (40234314)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | プロセス設計 / ヒトiPS細胞 / 凍結 / 解凍 / モデル化 / シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、iPS細胞凍結の課題に対して、分子・細胞・プロセスの各スケールで取り組み、成果を階層的につなげた「マルチスケール設計基盤」を構築することである。最終年度である2022年度は、前年度までの遂行項目①「新規保護剤の探索」、②「多細胞凍結モデル構築」、③「冷却装置モデル構築」の結果を踏まえて、遂行項目④「統合設計基盤構築」に取り組んだ。「新規保護剤の探索」としては、量子化学・分子動力学計算による有望化合物の絞り込み、また、ライフサイクルアセスメント（LCA）を用いた環境影響評価を実施した。「多細胞凍結モデル構築」については、シミュレーションで特定した最適非線形温度プロファイルをもとに実験的検討を実施した。「冷却装置モデル構築」については、数値流体力学（CFD）を用いたシミュレーションモデルを構築し、プロセス設計に応用した。さらに、凍結保存を要素とするサプライチェーン全体に研究を展開し、エージェントベーストモデル（ABM）を用いた治療対象者状態のモデル化と、製造に関する費用対効果の評価を行った。これは当初の計画には無かったが、研究を遂行する上で必要かつ重要と判断されたために取り組んだものである。以上の成果をまとめた統合設計基盤として、それぞれの階層を結ぶ媒介変数を定義し、連動性をシステムとして分析できるようにした。例えば、膜透過係数は、使用する凍結保護剤により異なるものであり、また、凍結プロセスの速度に影響を与えるため、分子・細胞とプロセスのスケール間を結び付ける媒介変数となる。凍結プロセスの速度は、プロセスの設定条件によって変わってくる一方で、凍結拠点全体の生産性に影響を与える点で、プロセスと拠点・サプライチェーンのスケール間を結び付ける媒介変数となる。こうしたマルチスケールの視点が、ヒトiPS細胞の凍結プロセス設計に必要となることが示された。
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[Presentation] Hirokazu Sugiyama2022
Author(s)
Pharma PSE: a multiscale approach for reimagining pharmaceutical manufacturing
Organizer
The 14th International Symposium on Process Systems Engineering
Int'l Joint Research / Invited
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