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光電変換色素結合薄膜型人工網膜によりラット変性網膜に活動電位を発生 ~岡山大学方式の人工網膜 OURePTMの有効性を確かめ医療主導治験準備促進へ~

 岡山大学は2019年6月28日,同大学院ヘルスシステム統合科学研究科(医)生体機能再生再建医学分野(眼科)の松尾俊彦准教授,同大学院自然科学研究科(工)高分子材料学分野の内田哲也准教授,岡山理科大学理学部の財部健一教授の医工連携研究グループが,遺伝性のラットから摘出した変性網膜組織に光電変換色素結合の薄膜「岡山大学方式の人工網膜OURePTM」を貼り合わせることで,光に反応する活動電位を発生させることを証明したと発表した.本研究は国立研究開発法人日本医療研究開発機構(AMED)難治性疾患実用化研究事業の支援を受けて実施され,本成果は日本生体医工学会の機関誌Advanced Biomedical Engineeringに掲載された(注).

 網膜色素変性は,視細胞が徐々に死滅していく遺伝性疾患で,視力が低下して失明に至る.その治療方法として視細胞の機能を人工物で代替する人工網膜が有望で,2013年にはアメリカで初めて,人工網膜が同国食品医薬品局(FDA)によって製造販売承認された.しかし,この人工網膜はカメラ撮像・電極アレイ方式であり,構造は複雑で植込みの手術が難しい,電極の小型化が難しく分解能が悪い,広い面積の網膜を刺激することができず視野が狭い,1,000万円を超える高額医療機器である,などの課題があった.

 岡山大学では,上記の人工網膜とは異なる方式である「色素結合薄膜型」の人工網膜を医工連携で研究開発してきた.光を吸収して電位差を出力する光電変換色素分子をポリエチレン薄膜(フィルム)に化学結合した人工網膜で,OURePTM(Okayama University-type Retinal Prosthesis)と命名した.この人工網膜は,電流を出力するのではなく,光を受けて電位差を出力し,近傍の神経細胞を刺激する.OURePTMは薄くて柔らかいので,大きなサイズ(直径10mm大)のものを丸めて小さな切開創から眼球内の網膜下へ植込むことが可能である.大きな面積の人工網膜なので得られる視野は広く,人工網膜表面の多数の色素分子が網膜の残存神経細胞を1つずつ刺激するので,視覚の分解能も高い.原材料も安価で,手の届く価格での供給が期待できる.

 本研究チームは今回,ヒトの網膜色素変性と同じ網膜変性を来すラットを使用してOURePTMの有効性を実証した.遺伝的に網膜変性を来すラットから変性網膜組織を摘出し,64個の電極がついているシャーレの緩衝液中に置き,その上にOURePTMを乗せてナイロンメッシュの重りで押さえた.走査型ケルビンプローブシステムを用い,シャーレの下から光を当てると,変性網膜組織の活動電位スパイクが記録された.変性網膜組織のみに光を当てても光応答性活動電位スパイクは記録されない.この結果は,人工網膜の有効性を示すものである.また,本実験を通じて,人工網膜表面に光を当てた時に発生する電位変化をケルビンプローブで計測する技術も確立できた.
本研究成果によって,人工網膜の有効性が示され,医師主導治験の実施に向けた階段を一歩上がることができた.岡山大学では,独立行政法人医薬品医療機器総合機構(PMDA)と薬事戦略相談を積み重ね,「医薬品医療機器法(旧薬事法)」に基づく医師主導治験を岡山大学病院で実施する準備を進める,としている.

(注)Toshihiko Matsuo, Mikako Sakurai, Keiko Terada, Tetsuya Uchida, Koichiro Yamashita, Tenu Tanaka, and Kenichi Takarabe, "Photoelectric Dye-Coupled Polyethylene Film: Photoresponsive Prop-erties Evaluated by Kelvin Probe and In Vitro Biological Response Detected in Dystrophic Retinal Tis-sue of Rats", Advanced Biomedical Engineering, 2019 Vol. 8, pp. 137-144, doi: 10.14326/abe.8.137