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iPS細胞・ES細胞

iPS細胞・ES細胞は、疾患モデルの作製や再生医療研究に広く利用される多能性幹細胞です。一方で、一般的な培養細胞株とは異なり、ゲノム編集後も多能性（未分化状態）を維持したまま目的のクローンを樹立する必要があるため、高度な培養・ゲノム編集技術が求められます。

本ページでは、iPS細胞・ES細胞に対するゲノム編集の特徴や用途、主な作製手法、外部委託時の注意点について解説します。

刑部祐里子Yuriko Osakabe

東京科学大学生命理工学院教授
生命理工学系生命理工学コース
所属学会：日本分子生物学会、日本農芸化学会、日本ゲノム編集学会、日本植物生理学会、日本植物学会、日本植物バイオテクノロジー学会

研究室サイトhttps://search.star.titech.ac.jp/titech-ss/pursuer.act?event=outside&key_rid=B000256365&lang=jp

様々な生物におけるゲノム編集技術の応用を目指した基礎研究をテーマに、特に、新規ゲノム編集技術の基盤開発研究を行っています。ゲノム編集技術の医療応用や植物分野の応用技術開発を進めています。

iPS細胞・ES細胞の
ゲノム編集はなぜ
難しいのか

iPS細胞・ES細胞のゲノム編集では、CRISPR/Cas9などによるゲノム編集に加え、以下の点が技術的な課題となります。

多能性の維持：編集や培養の過程で細胞が分化すると、多能性幹細胞としての性質が失われ、目的とする疾患モデルや実験系に利用できなくなる可能性がある。
シングルセルクローニングの難しさ：iPS細胞・ES細胞は単一細胞化すると生存率が低下しやすく、目的の編集を持つクローンを効率よく樹立することが難しい。
オフターゲット変異やゲノム品質の評価：長期間の培養や継代を行うことが多いため、オフターゲット変異や培養過程で生じるゲノム異常の有無を適切に評価することが重要となる。

このような理由から、iPS細胞・ES細胞のゲノム編集には、一般的な株化細胞とは異なる高度な培養技術や解析技術、豊富な実績が求められます。

iPS細胞・ES細胞
ゲノム編集の主な用途

疾患モデルの作製：患者由来の病的変異をiPS細胞に導入し、病態を再現する。（点突然変異ノックインなど）
分化研究用レポーター細胞の作製：蛍光タンパク質などのレポーター遺伝子を標的遺伝子に導入し、細胞分化や遺伝子発現を可視化する。
再生医療研究への応用：移植時の免疫拒絶に関わる遺伝子（HLAなど）を編集し、拒絶反応を抑えた細胞の開発につなげる。
薬効・安全性評価：疾患関連遺伝子を編集したiPS細胞由来の細胞を用いて、薬剤への応答性や安全性を評価する。

主な作製手法・工程

Cas9・sgRNAの導入：プラスミドベクターやRNP（Cas9タンパク質とガイドRNAの複合体）、エキソソーム様小胞（Gesicle）などを用いて、iPS細胞へゲノム編集因子を導入する。
シングルセルクローニング：フィーダーフリー条件下で細胞を単一細胞化し、専用の培地や培養システムを用いて、目的の編集を持つクローンを樹立する。
多能性・未分化状態の確認：TRA-1-60、OCT4、SSEA-4などの多能性・未分化マーカーの発現を、フローサイトメトリーや免疫染色などで評価する。
プール細胞での早期評価：編集直後のプール細胞を解析し、目的の編集が導入されているかをシングルクローン化前に評価する工程も、後工程の手戻り防止に活用されている。

ゲノム編集
受託サービス会社の事例

GenAhead Bio

引用元：GenAhead Bio公式HP（https://jp.genaheadbio.co.jp/genome-editing/）

GenAhead Bioは、依頼を受けるゲノム編集の過半数がiPS細胞によるものとされ、iPS細胞のゲノム編集を専門分野の一つとしています。骨髄性プロトポルフィリン症（EPP）モデルiPS細胞のように、患者由来サンプルの入手が難しい希少疾患のモデルを、点突然変異ノックインによって再現した事例が公開されています。

参照元：GenAhead Bio公式HP（https://jp.genaheadbio.co.jp/genome-editing/）

タカラバイオ

引用元：タカラバイオ公式HP（https://www.takara-bio.co.jp/research/ips/ips-11.htm）

タカラバイオは、GMPグレードの組換えCas9タンパク質や、Gesicleを利用した導入システムなど、iPS細胞のゲノム編集に適した製品・受託サービスを提供しています。ヒトiPS細胞株253G1への1塩基置換導入により、鎌状赤血球貧血症の原因変異を再現した事例も公開されています。

参照元：タカラバイオ公式HP（https://www.takara-bio.co.jp/research/ips/ips-11.htm）

セツロテック

引用元：セツロテック公式HP（https://www.setsurotech.com/genome-editing/cell-ips/）

セツロテックは、独自技術「VIKING法」を用いたiPS細胞ゲノム編集サービスを提供しており、蛍光タンパク質遺伝子のノックインや、神経系疾患関連遺伝子への点変異導入（両アレルへの導入を含む）に成功した実績を公開しています。編集後の未分化状態の維持を、多能性マーカーなどで確認できる点も特徴としています。

参照元：セツロテック公式HP（https://www.setsurotech.com/genome-editing/cell-ips/）

外部委託する際の注意点

多能性・未分化状態の確認方法：編集後の細胞が多能性を維持しているかを、どのマーカー・評価手法で確認しているか。
対応可能な細胞株：依頼したいiPS細胞株・ES細胞株でのゲノム編集実績があるか。
シングルセルクローニングの実績：目的の編集を持つクローンを効率よく樹立できる技術基盤があるか。
臨床応用を見据えた品質管理：将来的な臨床応用を視野に入れる場合は、GMPに準拠した製造・品質管理体制への対応可否を確認する。

まとめ

iPS細胞・ES細胞のゲノム編集は、多能性の維持やシングルセルクローニングの難しさから、一般的な培養細胞株よりも高い専門性が求められる分野です。疾患モデルの作製から再生医療研究への応用まで幅広く活用されるため、外部委託を検討する際は、各社の技術力や実績を比較したうえで選定することが重要です。

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監修者からのコメント

刑部祐里子Yuriko Osakabe

東京科学大学生命理工学院教授
生命理工学系生命理工学コース
所属学会：日本分子生物学会、日本農芸化学会、日本ゲノム編集学会、日本植物生理学会、日本植物学会、日本植物バイオテクノロジー学会

研究室サイトhttps://search.star.titech.ac.jp/titech-ss/pursuer.act?event=outside&key_rid=B000256365&lang=jp

iPS細胞やES細胞のゲノム編集は、遺伝子を正確に改変することに加えて、多能性を維持したままクローンを取得できるかが成功の鍵になります。培養細胞株の編集とは異なる専門的な知見が必要な分野ですので、iPS細胞での実績が豊富な受託会社を選んでいただきたいと思います。

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