慶應義塾大学の佐藤教授率いる研究チームは、肝疾患研究、薬剤評価、細胞移植への応用が期待される新規技術を開発しました。 これらの進展は、肝臓研究が新たな変革の時代へと突入しつつあることを示しています。

肝臓は生存に不可欠な多機能臓器であり、炭水化物、脂質、蛋白の代謝、薬物の解毒、胆汁酸の合成と分泌を行います。 しかし、ヒト初代肝細胞は体外での長期培養が困難であるため、創薬や疾患研究における利用が制限されています。

これらの限界を克服するために、慶應義塾大学医学部生化学教室の佐藤俊朗教授率いる研究チームは、肝細胞の機能を維持しながら長期培養を可能にする肝細胞オルガノイド技術を確立しました。 このアプローチを用いることで、チームは機能モデルの開発に成功しました。薬物代謝、胆汁酸合成、尿素回路などの主要な肝機能を再現します。

これらの発見は、創薬における毒性試験、脂肪肝疾患の病態生理の解明、細胞移植による再生医療の進歩など、幅広い応用が期待されます。

研究者について

佐藤敏郎博士

慶應義塾大学医学部統合医療・生化学講座教授

佐藤教授は、腸、肝臓、膵臓など複数の臓器におけるオルガノイド研究に多大な貢献をしており、組織幹細胞から機能的な組織を再構築する技術の開発に取り組んでいる。 科学技術振興機構（JST）ERATO佐藤オルガノイドデザインプロジェクトをはじめとする複数の研究プログラムでプロジェクトディレクターを務め、国内外でオルガノイド研究を主導しています。

五十嵐 亮 先生
慶應義塾大学医学部 統合医学・生化学分野 プロジェクト助教

五十嵐博士は、肝細胞オルガノイドの培養技術と機能解析を専門とし、肝疾患モデルの構築や薬剤応答の評価に取り組んでいます。

現在、オルガノイド研究のどの分野に注力されていますか？

佐藤教授： 現在、ヒト由来オルガノイドを活用し、臓器の形態だけでなく機能まで再構築する機能性オルガノイドの開発に取り組んでいます。 特に、JST ERATO佐藤オルガノイド設計プロジェクトを通じて、組織幹細胞から生理的恒常性を制御するネットワークを再現することを目指しています。 肝臓、腸、膵臓などの臓器における吸収、代謝、分泌、シグナル伝達といった複雑な機能を持つオルガノイドの構築も進めています。

機能的な肝細胞オルガノイドは、どのようにして開発され、体外で肝臓の主要な機能を再現できるようになったのでしょうか？

佐藤教授： 肝臓は、炭水化物、脂質、蛋白の代謝、薬物の解毒、胆汁酸の合成など、多くの重要な機能を担っています。 これらの機能を再現できる インビトロ モデルが利用可能な場合、創薬、毒性評価、疾患のメカニズム研究の大幅な促進に寄与する。

しかし、従来のヒト初代肝細胞（PHH）は、分離後すぐに機能性を失ってしまうため、長期培養や遺伝子操作には適さないのです。 この課題を克服するため、我々はPHHを出発点として、増殖性肝細胞オルガノイド（拡張型ヒト肝細胞オルガノイド（eHHO）とも呼ばれる）を作製しました。 その後の分化誘導により、薬物代謝酵素、尿素回路酵素、および胆汁酸合成酵素の発現が増強された分化型ヒト肝細胞オルガノイド（dHHO）を開発した。

JST ERATOプロジェクトの一環として実施された本研究は、オルガノイドを単なる「ミニ臓器」としてではなく、インビトロで本来の臓器機能を再現する「機能モデル」として確立することを目指しています。 肝臓においては、インビボの構造や機能を忠実に再現するモデルの構築が特に重要です。ゾネーション²や胆汁排出を担う毛細胆管構造など。 今回の成果は、この方向への大きな進展を示しています。

五十嵐博士： PHH（ヒト肝細胞）は極めて貴重であるが、生存性や機能のばらつきにより利用が制限されてきた。 現在の技術を活用し、PHH由来のeHHOの安定培養を100日以上継続し、100万倍以上の増殖を達成しました。 分化誘導により、インビトロで多様な肝細胞機能を インビボ と同等のレベルで再現することができました。 これらのオルガノイドは、脂肪性肝疾患や先天性代謝障害のモデルとしても機能し、脂質滴³の蓄積や薬物応答といった特徴を捉えることができます。 これらのオルガノイドは、疾患の再現性を大幅に向上させ、薬剤評価の精度を高める可能性があります。

² ゾネーション: 肝組織内の肝細胞は均一ではなく、肝臓は多数の小葉構造から成り、それぞれの領域に特有の代謝機能が割り当てられています。 この組織構造はゾネーションと呼ばれ、グルコネオゲネシス、尿素回路、薬物代謝などの機能が領域ごとに調節されています。

³ 脂質滴: 主に中性脂質から構成され、細胞内に蓄積する小型の球状構造体。 肝細胞において、脂質滴の蓄積は脂肪肝 疾患の主要な特徴であり、オルガノイドモデルでモニタリングする際の重要なパラメータとなっています。

高度なイメージングテクノロジーは、オルガノイドの構造と機能の可視化および解析をどのように支援しますか？

佐藤教授： 肝細胞オルガノイドは比較的厚みがあるため、内部構造の観察が難しい場合がある。 APEXVIEW™ APX100卓上蛍光顕微鏡に統合されたグラデントコントラスト法はこの制限を克服し、脂質滴の微細な細部を鮮明に可視化することを可能とします（図1a）。 特に脂肪性肝疾患モデルの評価において、脂質滴の蓄積と空間分布の両方を視覚化する能力は、疾患の再現性を検証するための重要な指標となります。

勾配コントラスト法を用いることで、標準的なプラスチック製培養容器でも高コントラストの画像が得られ、日常的な培養条件を変更することなく高品質な観察が可能となります。 さらに、このシステムは長作動距離対物レンズをサポートしており、マトリゲル内の高い位置にあるオルガノイドを鮮明に画像化することができます（図1b）。 特殊な容器や準備を必要とせず、日常の培養中にオルガノイドの状態を直接モニタリングできることは、研究効率と再現性の向上に大きな利点となります。

五十嵐博士： 蛍光イメージングや定量的データ取得において、信頼性の高いデータを効率的に取得することは重要です。 APX100は最大3枚のスライド標本を同時に収容でき、大局的な位置特定を迅速に行うことが可能です。また、Process Managerを介した直感的な操作により、ステッチ画像の取得が効率化されます。 短時間で高解像度かつ広範囲の画像を取得できる能力により、組織全体の構造と局所的な構造の両方を一貫して評価することが可能です。

本研究では、APX100で取得した画像により、マウスの肝臓に移植されたヒト肝細胞オルガノイドが分化し、肝臓のゾーン構造を再現し、代謝機能が門脈⁴から中心静脈⁵に分布していることが明確に示されました（図2）。

高精細な画像取得と運用効率を両立させたAPX100は、日々の研究活動を効率化するための強力なツールとして機能します。

⁴ 門脈： 肝小葉内の重要な構造である門脈は、腸を含む消化管から吸収された栄養素を肝臓へ輸送する。 門脈を取り囲む肝細胞は、糖新生やアンモニア解毒など、栄養代謝に関連する機能を担っている。

⁵ 中心静脈： 肝小葉内に存在し、肝細胞によって処理された血液を集めて全身循環へ送り出す構造です。 中心静脈を取り囲む肝細胞は、薬物代謝や脂質代謝などの機能を担っている。

⁶ STEM121: ヒト細胞に特異的に発現する抗原を認識する抗体であり、マウス組織に移植されたヒト細胞の識別マーカーとして使用されます。

⁷ HAL（ヒスチジンアンモニアリアーゼ）: 門脈周囲の肝細胞で高発現する酵素 アミノ酸代謝および糖新生において主要な役割を果たし、肝臓の栄養代謝活性の機能的指標として用いられる。

⁸ CYP2E1（シトクロムP450 2E1）： 中心静脈周囲の肝細胞に高発現する異物代謝酵素。 異物代謝および脂質代謝に関与し、肝臓の機能的ゾーン分化の重要なマーカーとして機能します。

オルガノイド技術の分野で、先生の研究は今後どのように発展していくとお考えですか？

佐藤教授： 今後、疾患特異的な遺伝子変異を有する肝細胞オルガノイドを用いて、より精密な疾患モデルの開発を進め、創薬および再生医療への応用の加速を図ります。これらは動物実験の代替としても期待されます。 特に、オルガノイド技術は、肝不全や遺伝性肝疾患に対する新規治療アプローチとして、ますます重要な役割を担うことが期待されています。

このような状況において、イメージングシステムは、高い光学性能と使いやすく直感的な操作性を両立させる必要があります。 当研究室には多くの学生が所属しているため、使いやすさは研究全体の効率性を左右する重要な要素です。 イメージングシステムは不可欠なインフラとして進化を続け、研究者がより迅速かつ一貫して高精度のデータを取得できるようになると期待しています。

オルガノイド研究に注目のイメージング機能

2. 高い汎用性とプラスチック容器に対する互換性

ＤＩＣイメージングは偏光を利用していますが、容器がもつ固有の複屈折性によって光が歪み、正確な観察が困難になります。

一方、グラデーションコントラストイメージングは偏光を使わないため、プラスチック容器内で安定したイメージングが可能で、細胞状態のルーチンモニタリングにも柔軟に応用できます。

LUCPLFLNシリーズのような長作動距離対物レンズと組み合わせることで、グラデントコントラストイメージングは厚みのある標本や底が盛り上がった容器にも対応でき、標本の種類や容器に制限されることなく観察が可能になります。 この機能により、幅広いアプリケーションが可能になります（慶應義塾大学の例を参照）。 図1（b）

参考文献

詳細については、以下の出版物をご参照ください。

Igarashi, R., Oda, M., Okada, R., Yano, T., Takahashi, S., Pastuhov, S., Matano, M., Masuda, N., Togasaki, K., Ohta, Y., Sato, S., Hishiki, T., Suematsu, M., Itoh, M., Fujii, M., and Sato, T. 2025. ヒト成人肝細胞オルガノイドの代謝機能の創出。Nature.

免責事項: 本インタビューで表明された意見や発言は、研究者個人のものであり、必ずしもEvidentの見解や主張を反映するものではありません。 本記事で紹介されている製品および技術は、研究用途のみに使用されることを目的としており、臨床または診断用途向けには設計されていません。