毎年何千人ものアメリカ人が、様々な理由で機能不全に陥った臓器を補うため、肺移植を受けています。しかし、肺組織は非常に脆く、肺移植の5年生存率はわずか50～60%程度です。移植を受ける人の体質に理想的に適合する生存可能な肺ドナーが不足しており、たとえ医師がドナーの肺の生存性を高めるために調整を施したとしても、患者の免疫系が新しい臓器を拒絶するのではないかという懸念が常に存在します。免疫抑制剤はこの可能性を低減しますが、同時に重篤な感染症にかかるリスクを高めます。その結果、多くの人が移植待機リスト上で、あるいは移植後すぐに合併症で亡くなっています。
バイオエンジニアリングによる肺は、これらの多くの障害に対する素晴らしい解決策となるでしょう。現代医学の進歩により、医師は実験室で人間の肺を実質的にゼロから構築することが可能になりました。これは、テキサス大学医学部のジョーン・ニコルズ氏とその同僚が2014年に成し遂げた偉業です。数年後、彼らは新たな一連の試験結果を発表しました。この試験では、免疫抑制剤を必要とせずに、実験室で培養された単一の肺を豚に移植することに成功し、バイオエンジニアリングによる肺移植の可能性が現実に一歩近づきました。
「これまで小動物を対象とした研究はいくつかありましたが、生存期間は短かったのです」と、水曜日にサイエンス・トランスレーショナル・メディシン誌に掲載された新たな研究の筆頭著者であるニコルズ氏は述べています。「バイオエンジニアリングによって作製された肺全体が移植されたのは今回が初めてです。」
将来の臓器移植における豚の役割は、特に目新しいものではありません。豚は臓器の大きさに関して人間とかなり類似した大型動物であり、入手と飼育も比較的容易です。しかし、豚の臓器は人間の臓器とは異なり、遺伝子編集などの最新技術を用いても、人間の体をこうした新しいゲストに適応させようとするには依然として大きなリスクが伴います。しかし、レシピエント自身の細胞から作られたバイオエンジニアリングされた肺は、豚に移植された際に、別途採取した肺全体よりもより完璧な適合性を示すはずです。
肺をゼロから作るというのは非常に細心の注意を要する作業ですが、全体的なプロセスを理解するのはそれほど難しくありません。実際、何かを作る時と似たような手順です。まずは足場を作る必要があります。足場とは、臓器の細胞や血管が成長するための、強靭で柔軟なタンパク質（コラーゲンとエラスチン）の骨組みです。今回の研究では、研究者たちは死んだ豚の臓器を採取し、砂糖と洗剤の混ざった液体に浸すことで、肺の「骨格」だけを残すという方法で足場を作りました。
次に、研究チームは試験対象となるレシピエント豚のもとへ行き、片方の肺を摘出し、バイオエンジニアリング肺の細胞源として用いる。スキャフォールドを成長因子を充填したハイドロゲルとナノ粒子で処理した後、肺細胞を加え、血管形成を開始し、バイオリアクター内で30日間培養する。
ニコルズ氏と研究チームは、バイオエンジニアリングされた肺をそれぞれの豚に移植したところ、豚の血管系全体と生きた血管が繋がっていることを観察しました。肺はそれぞれの豚の体内で正常に成長・発達し続けました。今回の発見で真に驚くべき点は、肺の微小血管、つまり血流への複雑な酸素交換が行われる場所の発達と成熟が成功したことです。
研究チームは4頭の豚の肺を4頭のレシピエント豚に移植することに成功し、移植された豚は術後10時間、2週間、1ヶ月、2ヶ月間生存しました。研究者らは、移植された肺が体内でどの程度発達したかを詳しく調べるために、移植された肺を採取する必要があったため、豚が2ヶ月をはるかに超えて健康な状態で生存していた可能性も十分にあります。
新たな研究結果が称賛に値することは疑いようもないが、研究チームを含め、誰も先走り過ぎている。ニコルズ氏は最新の試験を「小規模な前臨床プロジェクト」と呼び、「我々が作ったものは悪くないが、臨床用の肺の製造を支えるものではない。プロジェクトのニーズに真に合致する、より優れた機器と、さらなる資金が必要だ」と強調する。ヒトへの投与前に、他の動物モデルを用いた試験も、今回の研究結果を裏付ける可能性がある。
さらに、「動物が人工肺から供給される酸素だけで生きられることを証明する必要がある」と彼女は言う。バイオエンジニアリングされた肺が酸素供給とガス交換をどれほど効果的にサポートするかをより明確にするには、さらなる研究が必要だ。より理想的な試験は、レシピエント豚を移植肺で6ヶ月から12ヶ月間生き延びさせ、正常な肺を縫合し（「簡単で、動物にダメージを与えません」とニコルズ氏は言う）、バイオエンジニアリングされた肺だけで生きられることを示すことだ。「これが私たちのコンセプトを証明することになるでしょう！ 私たちが作る肺は、動物の体内で完全に成熟するまでに時間が必要なようです。」
この研究が本当に人間の患者のために研究室で培養された人間の肺につながるのかと尋ねられると、ニコルズ氏は、今後のテストがうまくいき、チームが研究に十分な資金を見つけることができれば、今後5年から8年以内に臨床試験を実施できると自信を見せた。
それでも、彼らには息抜きが必要かもしれない（言葉遊びはご容赦ください）。「このプロジェクトはここまで来るのに15年かかりました。ここまでうまくいったことに感激しています」とニコルズ氏は言い、「でも、今はかなり疲れています」と付け加えた。
