主要成果
韓国の研究チーム（Woochan KimおよびJangho Kimら）は、酸化グラフェンを用いることで、誘導多能性幹細胞（iPS細胞）から分泌されるエクソソームの生産量を大幅に向上させ、創傷治癒を加速させることに成功しました。具体的には、従来の手法では100万細胞あたり14億個であったエクソソームの産出量が、酸化グラフェンを用いた条件下では27.5億個へと、ほぼ2倍に増加しました。また、この手法で得られたエクソソーム（GO-M-Exo）をラットの全層皮膚創傷モデルに投与したところ、未治療群の約91%に対し、14日目には約97%という極めて高い創傷閉鎖率を記録しました。
技術・詳細
研究チームは、厚さ約1.7ナノメートル、直径300〜400ナノメートルの酸化グラフェンナノシートを培養液に添加しました。この材料は負に帯電し、酸素に富む表面化学特性を持つため、タンパク質や細胞外マトリックス分子との親和性が高いのが特徴です。最大20マイクログラム/ミリリットルの濃度において、細胞の生存率は高く、細胞毒性は認められませんでした。
特筆すべきは、細胞の構造的な変化です。通常、超低接着プレートでの培養では1ウェルあたり1つの大きなスフェロイド（細胞凝集体）が形成されますが、酸化グラフェンを添加すると、複数の小さなスフェロイドが形成されました。これにより、大きなスフェロイドの内部で発生しやすい低酸素ストレス（HIF-1alphaシグナリングの低下で確認）が軽減され、製造効率が向上しました。また、得られたエクソソームはmiR-126-3p、miR-130a-3p、miR-210-5pなどの血管新生に関連するマイクロRNAを豊富に含んでおり、VEGFR2依存的なシグナル伝達を通じて血管形成を促進することが、VEGFR2阻害剤（SU5416）を用いた実験で証明されました。
背景・業界の文脈
再生医療の分野では、生きた幹細胞を移植する手法から、細胞が放出するナノサイズの小胞である「エクソソーム」を利用した細胞フリー治療への移行が進んでいます。エクソソームは、腫瘍形成のリスクや免疫拒絶、ゲノム不安定性といった幹細胞移植に伴う安全上の懸念を回避しつつ、再生タンパク質や遺伝情報を損傷組織に届けることができるためです。しかし、臨床的に意味のある治療効果を得るためには、十分な量と治療能力を持つエクソソームを効率的に製造することが長年の課題となっていました。
今後の展望
本プラットフォームは、特定の系統の細胞への分化後にも適用可能です。研究チームがiPS細胞を血管内皮細胞に分化させた「GO-MV」スフェロイドにおいても、従来比でエクソソーム産出量が増加（16億個から28.2億個へ）し、VWFやCD31などの内皮マーカーの発現や一酸化窒素の産生量が高まることが確認されました。これにより、特定の組織再生に特化した高機能なエクソソーム工場としての展開が期待されます。
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