ラット実験はもう終わり：オルガン・オン・チップ技術が薬剤試験を革命する

世界で毎年1億匹以上の動物が実験に使われ、動物由来の薬候補の約90％が人での臨床試験で失敗します。
オルガン・オン・ア・チップは、生きたヒト細胞を覆う透明なポリマー製デバイス内の微小チャネルと血流を再現し、心臓・肺・肝臓などの臓器機能を3D環境と機械的ストレスとともに模倣します。
肺チップは肺胞細胞層と毛細血管内皮細胞を多孔性膜で配置し、呼吸運動をリズム良く再現します。
コロンビア大学の研究では、心臓・肝臓・骨・皮膚の4臓器組織を1つのチップ上で循環させ、数週間にわたり相互情報伝達を観察するミニ臓器モデルを構築しました（Gordana Vunjak-Novakovic教授）。
2022年には、すべての組織が同じヒト幹細胞由来で、血流を介して臓器間が“会話”できる初のプラグアンドプレイ型マルチオルガンチップが報告されました。
ヒト肝臓オン・ア・チップは肝毒性を予測して87％の正確さを示し、血管オン・ア・チップは抗体医薬品の血栓リスクを動物試験では見られなかった副作用として検出しました。
2022年末、FDA Modernization Act 2.0により、新薬候補の動物試験必須要件が撤廃され、オルガン・オン・ア・チップなどの非動物データを前臨床試験に活用できるようになりました。
EMAは2023年に3Rsワーキングパーティーを設置し、オルガン・オン・ア・チップの規制利用に向けた適格性評価とバリデーションを開始しました。
世界のオルガン・オン・ア・チップ市場は約1億5千万ドル（$150M）規模で、今後年率30〜40％で成長し、今世紀末には約10億ドル規模へ達すると予想されています。
Emulate、CN Bio、MIMETAS、Hesperos、AxoSim、TissUse などが市場を牽引し、2024年には Argenx の IND 申請で MIMETAS の肝臓チップデータが補足証拠として受け入れられる事例が報じられました。

毎年、世界中で1億匹以上の動物が実験室での実験に使用されています^[1]。しかし、これほど大規模な動物実験が行われているにもかかわらず、動物で有望に見えた医薬品候補の約90％がヒトでの臨床試験で失敗しています^[2]。ここで登場するのがオルガン・オン・ア・チップ技術です。これは、ヒトの臓器をマイクロチップ上で模倣することを目指した最先端の代替法であり、実験動物を必要とせずに医薬品試験を劇的に改善することが期待されています。これらの小さな装置は生きたヒト細胞で覆われており、心臓、肺、肝臓などの主要な機能を再現できるため、よりヒトに近い試験プラットフォームを提供します。規制当局や科学者たちも注目しており、新しい法律や政策が非動物的手法を推進し、企業はオルガン・オン・チップシステムの開発競争を繰り広げ、専門家はこのアプローチを医学と動物福祉のゲームチェンジャーとなる可能性があると称賛しています。本レポートでは、オルガン・オン・ア・チップ技術とは何か、その仕組み、最近の科学的ブレークスルー、従来の動物実験に対する利点、今後の課題、世界的な規制の動向、業界の動き、そして動物を使わない医薬品試験という未来の倫理的意味について解説します。

オルガン・オン・ア・チップ技術とは？その仕組みは？

オルガン・オン・ア・チップ（OOC）は、USBメモリや顕微鏡スライドほどの大きさの小型デバイスで、生きたヒト細胞で覆われた微小な中空チャネルがあり、実際の臓器の機能を模倣します^[3], ^[4]。本質的には、研究者がヒトの細胞（例：肺細胞、肝細胞、脳細胞など）を、ヒトの体内に近い3D環境を提供するマイクロエンジニアリングされたチャンバーに配置します。これらのチャンバーはマイクロ流体ネットワークの一部であり、血管を流れる血液のように、栄養素、酸素、生化学的シグナルが絶えず流れています^[5]。また、マイクロチップには機械的な力を加えることもでき、臓器の動きを模倣します。例えば、肺オン・ア・チップでは、細胞膜をリズミカルに伸縮させて呼吸運動を再現できます^[6]。

オルガン・オン・ア・チップデバイスは、電子的なシリコンチップではなく、細胞が成長し相互作用できる透明で柔軟なポリマーです。これらは細胞に「微小な生理学的環境」を作り出し、細胞が実際の人体の臓器内と同様の条件（液体の流れ、栄養、機械的ストレス）を体験できるようにします^[7]。複数の細胞タイプを含めることができるため、オルガンチップは複雑な組織の界面を再現できます。例えば、肺チップでは、多孔性膜の片側に肺胞細胞層、もう一方に毛細血管の血管内皮細胞を配置し、実際の肺と同じように相互作用が可能です。リバー・オン・ア・チップでは、肝細胞（肝臓の細胞）に加え、支持する内皮細胞や免疫細胞（クッパー細胞）も含めて、肝臓の微細構造を模倣します^[8]。これらのチップはインキュベーター内で生かされ、「ミニ臓器」が薬剤、化学物質、または疾患状態にどのように反応するかを、センサーや顕微鏡でリアルタイムに観察できます。

ヒト臓器の微小環境を模倣することにより、オルガンチップは生きた人間や動物を危険にさらすことなく、ヒト細胞の反応を直接観察することを可能にします^[9]。実際には、従来のin vitro試験（シャーレ内の細胞）とin vivo試験（動物）との橋渡しとして機能し、制御されたヒトベースの試験システムを提供します。「オルガン・オン・ア・チップと呼ばれ、ヒト臓器の実際の組織を、その臓器組織が体内で経験する環境を模倣した小さな構造上で成長させる技術です」と、米国国立標準技術研究所の報告書は説明しています^[10]。これらのチップが、動物モデルよりも正確に薬剤がヒト臓器に与える影響を予測できることが期待されています。科学者たちはすでに多くの個別臓器用チップを開発しており、肺、肝臓、心臓、腎臓、腸、脳、皮膚など、それぞれの臓器の生物学的な重要な側面を捉えています^[11]。

特に、研究者たちは複数のオルガンチップを組み合わせて、人間の生理機能のより大きな部分をシミュレートすることにも取り組んでいます。これらの多臓器「ボディ・オン・ア・チップ」システムは、いくつかの臓器区画のマイクロ流体血流を接続し、一方のチップの出力（例：薬物の肝代謝）が別のチップの入力（例：心臓や腎臓への影響）に供給される仕組みです^[12]。画期的な実証例として、コロンビア大学のチームは4つのヒト臓器組織（心臓、肝臓、骨、皮膚）を1つのチップ上で循環する血液模倣液と免疫細胞とともに接続し、実質的にミニチュアのヒト生理モデルを作り出しました^[13]。装置全体は顕微鏡スライドほどの大きさしかありませんでしたが、数週間にわたり組織を生かし、相互に情報伝達させることに成功しました。これは体外で複雑な全身性疾患をモデル化するための大きな一歩です。「これは私たちにとって大きな成果です…ついに、体内の臓器間相互作用の生物学をうまく捉えるプラットフォームを開発できました」とプロジェクトリーダーのGordana Vunjak-Novakovic教授は述べています^[14]。このような進歩は、「ヒト・オン・ア・チップ」が新薬が複数の臓器系にどのような影響を与えるかを、実際の人間や動物に投与する前にテストするために使われる未来を示唆しています。

最近のブレークスルーと科学的進歩

オルガン・オン・ア・チップ技術は、過去10年間でコンセプトから現実へと急速に進化し、近年では驚くべきブレークスルーが見られています。注目を集めた進歩の一つが、前述のマルチオルガンチップの開発です。2022年、科学者たちは複数の成熟したヒト組織が血管フローで相互接続された、初のプラグアンドプレイ型マルチオルガンチップを報告しました^[15]。このシステムにより、異なる臓器組織が体内と同じように化学的に「会話」できるようになりました。特筆すべきは、すべての組織が同じヒト幹細胞から作られているため、このチップは特定の患者の生物学を効果的に模倣でき、将来的には本当に個別化された薬剤テストへの道を開いたことです^[16]。複数の臓器の機能を数週間維持する能力は大きな技術的飛躍であり、それぞれの組織に最適な環境を与えつつ、チップ上の共通の「血流」を通じてシグナルを交換するための革新的な解決策が必要でした^[17]。この進歩は、単一臓器チップだけでは捉えられない複雑な疾患（複数臓器に広がるがんや心臓・肝臓間の薬物相互作用など）をモデル化できることから注目を集めました。

マルチオルガン統合を超えて、研究者たちは他の方法でもオルガン・オン・ア・チップモデルの機能拡張を進めています。例えば、新しいチップ設計では、心筋細胞の電気活動や肺チップの酸素レベルなど、組織の反応をリアルタイムで継続的にモニタリングできるセンサーやイメージング技術がますます組み込まれています。また、人工知能（AI）や計算モデルをオルガンチップと統合する動きも進んでいます。AIアルゴリズムは、より予測力の高い実験設計や、オルガンチップが生み出す複雑なデータの解析に役立ちます^[18]。最近の記事では、AIの進歩がオルガン・オン・ア・チップの実験設計やデータ解釈を向上させていると指摘されており、スマートアルゴリズムがこれらのチップの活用方法を最適化し、薬剤効果の予測精度を高める可能性を示唆しています^[19]。

科学者たちはまた、よりリアルな3Dバイオプリンティング技術を用いてオルガン・オン・チップシステムを作製することも模索しています^[20]。バイオプリンティングは、三次元の組織構造（ミニチュアの腫瘍や心筋パッチなど）を作成し、それをチップに組み込むことで、組織工学とマイクロ流体工学の強みを組み合わせることができます。一方、この新興分野全体で標準化を実現し、研究室間で結果を比較できるようにする取り組みも進行中です。2024年初頭には、NIST主導のワーキンググループがオルガン・オン・チップの設計と測定を標準化するためのガイドラインを発表し、多くのグループが異なるプロトコルや用語を使用していたため、結果の比較が困難だったことを指摘しました^[21]。共通の標準とベストプラクティスを確立することで、コミュニティは開発を加速し、オルガン・チップのデータが広く利用できるほど堅牢であることを保証することを目指しています。

重要なのは、オルガン・オン・チップシステムが単なる実験室の珍品ではなく、すでに科学的知見をもたらし、場合によっては従来のモデルを上回る成果を上げていることです。例えば、オルガンチップは動物実験では見逃されたヒト特有の薬物反応を再現できることが研究で示されています。ある研究では、腎臓オン・チップが、動物実験では安全とされたものの後にヒトで有害性が判明した薬剤の腎毒性を正確に予測しました^[22]。また、血管オン・チップを用いた別のチームは、ある抗体医薬品が危険な血栓を引き起こす傾向を検出することに成功しました――この副作用はヒトでの治験でのみ発現し、動物実験では見られなかったものですが、チップモデルはそれを再現しました^[23]。このようなブレークスルーは、オルガンチップが従来法では見落とされていた薬物効果を明らかにできるという概念実証となります。研究者たちは、肺感染症からアルツハイマー病、がんに至るまで、さまざまな疾患のオルガン・オン・チップモデルを開発しており、これらの状態のヒト組織アナログを用いた実験が可能になっています。一例として、脳オルガノイドチップ（「チップ上のミニ脳」とも呼ばれる）は神経薬の安全性研究に使われており、ある製薬研究ではヒトのミニ脳モデルが数十種類の既知薬剤の神経毒性副作用を確実に検出できることが示されました^[24]。このような微小生理学的システムの急速な進歩により、科学者たちは数年前には不可能だった方法で生物学を探究し、治療法を試験する新たなツールを手にしています。

従来の動物実験に対する利点

オルガン・オン・ア・チップ技術は、従来の動物実験に比べて大きな利点を提供し、長年動物ベースの研究を悩ませてきた多くの制限や懸念に対処しています。まず第一に問題となるのは、ヒトへの関連性です。オルガンチップは実際のヒト細胞を使用し、人間の臓器機能の側面を再現するため、その結果はしばしば人間の患者により直接的に適用できます。対照的に、最良の動物モデルであっても、人間とは重要な点で異なる場合があります。マウスで効果があった薬が人間では効かないことが頻繁にあり、危険な副作用も種の違いにより動物では現れないことがあります。実際、動物実験を通過した医薬品候補の約9割が、最終的にヒトの臨床試験で安全性や有効性の理由で失敗しているのです^[25]。この高い失敗率は、動物モデルが人間の生物学の不完全な代替であることを強く示しています。「人間の脳は非常に複雑です…動物には人間の脳に近いものはありません」と、オルガノイド・オン・チップ企業のCEO、アリフ・サレフ氏は述べています。「マウスやラットの脳が、人間の脳が特定の薬にどう反応するかを予測できるという考えは、信じがたいことです」^[26]。オルガンチップでヒト由来組織を用いてテストすることで、特に脳のような複雑なヒト特有の臓器に関して、実際の患者で何が起こるかをより予測しやすい結果が得られます。

これらのヒト関連の知見は、医薬品の安全性に現実的な影響をもたらします。オルガンチップは、動物が見逃した毒性効果をすでに検出できることを示しています。例えば、ヒトの肝臓オン・ア・チップの研究では、ヒトで肝障害を引き起こすことが知られている薬剤の87%を特定することができました^[27]。この成績は動物実験の結果を大きく上回っています。また、チップには患者特有の細胞（例えば、病気の患者から誘導された多能性幹細胞など）を組み込むこともでき、実際の患者集団の遺伝的・疾患的な特異性を反映したモデルで薬の反応をテストできます。これにより、薬が臨床試験に入った際の予期せぬ有害反応のリスクを減らすことができるかもしれません。

もう一つの大きな利点は、スピードと効率です。従来の動物実験による医薬品の安全性試験は、数年かかり、1つの化合物につき数百万ドルの費用がかかることもあります^[28]。実験動物のコロニーを維持し、長期間の研究を行い、結果を分析するのは、時間も費用もかかるプロセスです。オルガン・オン・チップシステムは、一度セットアップすれば、より少量の試験薬で、より迅速にデータを得られることが多いです。自動化された読み出しやハイスループットのチッププラットフォーム（1枚のプレート上で多数の並列マイクロ臓器アッセイを行うもの）が開発されており、動物を使うよりもはるかに迅速に化合物のスクリーニングが可能になっています。技術はまだ進化の途中ですが、将来的にはヒト臓器チップのバッテリーが、数か月かかる動物実験をより迅速なin vitro試験に置き換え、医薬品開発の時間とリソースの両方を節約できる可能性があります。FDAが引用した研究では、コンピュータベースのヒト心臓細胞モデルが、特定の心臓副作用を89%の精度で予測したのに対し、動物実験では75%の精度だった^[29]と報告されており、新しいアプローチ法がより迅速なだけでなく、動物の「ゴールドスタンダード」よりも高精度である可能性を示しています。これらのオルガン・オン・チップモデルがさらに改良されれば、開発初期段階で問題のある化合物を特定することで、コストのかかる医薬品の後期失敗を大幅に減らせるかもしれません。

また、倫理的・社会的観点からも、動物使用の削減自体が大きな利点です。毎年、数え切れないほどのラット、マウス、イヌ、霊長類、その他の動物が、しばしば苦痛やストレスを経験しながら実験室で犠牲になっています^[30]、^[31]。この試験の一部でもオルガン・オン・チップ研究に置き換えることで、苦しむ感覚を持つ生き物の数を減らすことができます。これは科学における長年の「3Rs」原則（動物使用の代替、削減、改善）^[32]にも合致します。社会はますます動物実験を伴わない試験方法を求めており、これは消費者の圧力や法規制（例えばEUの動物実験化粧品の禁止や、医薬品試験での代替法推進の新法）にも反映されています。オルガン・オン・チップ技術は、動物実験を人道的な代替法に置き換えるという倫理的要請に直接応えつつ、安全性を損なうこともありません。実際、これは人間と動物の両方にとってより良い保護をもたらす「ウィンウィン」を約束します。動物実験には倫理的な制約がありますが、人間を模倣したチップにはそれがないため、理論上は、動物や人間では倫理的に不可能な高用量やリスクの高いシナリオもオルガンチップで探ることができ、より包括的に危険性を明らかにできる可能性があります。

最後に、オルガンチップは動物実験では多くの場合捉えられない人間の生物学的側面を捉えることができます。これにより、人間の細胞応答を直接観察することが可能となり、これは生きている動物の体内では不可能です。研究者は、免疫細胞がチップ上の血管壁を移動する様子を観察したり、毒素にさらされた肺細胞から炎症性シグナルがリアルタイムで放出されるのを測定したりできます。このような詳細な観察は、薬の作用機序や疾患の理解に役立ち、多くの動物実験の大まかなエンドポイントよりも豊富なデータを提供します。さらに、オルガンチップは異なるドナー、特に特定の遺伝的背景や疾患を持つ人からの細胞を用いることで、多様な人間集団を再現することができ、動物モデルが人間の遺伝的多様性を反映しないという問題に対応します。これらすべての利点から、オルガン・オン・ア・チップシステムは成熟するにつれて、動物への依存を減らすだけでなく、より予測的で人道的かつ有益な薬物試験の新時代を切り開く可能性があることが示唆されています。

限界と課題

その大きな可能性にもかかわらず、オルガン・オン・ア・チップ技術は依然として重大な課題と限界に直面しており、これらを克服しなければその約束を完全に果たすことはできません。直近の課題の一つは、現時点ではオルガンチップが動物実験を完全に代替できないということです^[33]。現状では、動物や他の方法と併用されることが一般的であり、それらの代わりとして使われているわけではありません。これにはいくつかの理由があります。まず、人間の生物学は非常に複雑であり、1つまたは2つの臓器を個別にモデル化するよりも、全生物をチップ上で再現することははるかに困難です。現在のほとんどのオルガンチップは、単一の臓器や少数の組織ネットワークに焦点を当てています。これらは、全身の生物に存在する全身的な相互作用（例えば、臓器間のホルモン調節や脳と他のシステムの相互作用など）を欠いています。最先端のマルチオルガンチップでさえ、いくつかの臓器タイプしか含まれておらず、これは印象的ではあるものの、完全な人体シミュレーションにはまだ及びません。最近のレビューでも、生体内の複雑な相互作用を完全に再現することは非常に困難であると指摘されており、したがって動物実験の終焉は将来的には現実的な可能性であるものの、これらの技術がその複雑さを捉えられるようになるまでは「ゆっくりとしたものになる」かもしれないと述べられています^[34]。

技術的な課題も重要です。堅牢で再現性のあるオルガン・オン・チップを作るのは簡単ではなく、細胞生物学、マイクロエンジニアリング、バイオマテリアルの専門知識が必要です。研究者が直面する課題の一つは、高品質で信頼性のあるヒト細胞を入手することです。多くのオルガンチップは幹細胞やドナー組織由来の細胞を使用していますが、これらはばらつきがあります。専門家の推定では、オルガンチップ研究に使用できる高品質なヒト細胞は全体の約10～20%に過ぎません^[35]。細胞は長く生存できなかったり、特に異なる供給源から来た場合にはチップ上で正常に振る舞わなかったりすることがあります。これにより一貫性の確保が難しくなります。さらに、現在この分野では標準化が不足しています。異なる研究室や企業が、それぞれ異なる材料、チャネル設計、細胞タイプ、測定方法をチップに用いています^[36]。その結果、あるオルガンチップモデルの結果が、名目上同じ臓器を表していても、別のモデルの結果と直接比較できない場合があります。このような標準化されたプロトコルやベンチマークの欠如は、より広範な導入の妨げとなっています。なぜなら、製薬会社や規制当局は、特定のチップテストが信頼でき再現可能であることに自信を持つ必要があるからです。これに対処するための取り組みも進行中です。例えば2023年には、科学者や規制当局が集まり、オルガン・オン・チップ法のバリデーション基準を定義し、世界的な標準の調和に向けて協議しました^[37], ^[38]。リファレンスベンチマーク（例：肝臓チップが既知の毒素をどれだけ正確に予測できるか）を確立したり、特定の「使用文脈」（例：腎毒性スクリーニング用の腎臓チップ）に対してチップを認定したりすることが、現在活発に進められています。

もう一つの課題は、スケーラビリティとスループットです。一部のチップは大量生産フォーマットで作られていますが、多くのオルガン・オン・チップシステムは、いまだに学術研究室や小規模スタートアップでほぼ手作業で作られています。安定した品質で大量生産し、大規模な研究のために多くのチップを並行して運用するのは簡単ではありません。製薬会社が日常的にこの技術を取り入れるには、より使いやすく産業化される必要があります。チップ実験のための自動流体操作、イメージング、データ解析も、まだ改良の途上です。コストも制約要因となり得ます。現時点では、オルガン・オン・チップアッセイの導入は、より単純な実験室テストよりも高価で時間がかかる場合があります。米国政府説明責任局は、一部のオルガン・オン・チップ研究は、従来の動物実験や細胞培養研究よりもコストが高く、時間がかかると指摘しています（少なくとも初期段階では）^[39]。今後、製造技術の向上や普及によりコストは下がる可能性がありますが、現時点では予算上の制約からチップは選択的に使用されています。

データの解釈と検証はさらなる障壁となっています。規制当局や業界の科学者たちは、オルガン・オン・チップの結果が人間の結果と正確に相関していることを納得する必要があります。これには、チップの予測と実際の臨床データや動物実験との比較による広範な検証研究が必要です。現時点では、この分野はまだその証拠を集めている段階です。GAOの報告書は、十分に文書化されたベンチマークや検証研究の不足が、エンドユーザーにとって特定のオルガンチップの結果にどれだけ信頼を置くべきか判断しにくくしていると指摘しています^[40]。例えば、リバー・オン・ア・チップがある薬剤の安全性を示した場合、それが人間の肝臓障害を引き起こさないとどれだけ確信できるでしょうか？その信頼を築くには時間と複数の研究が必要です。また、企業は競争上や知的財産上の理由からデータを積極的に公開したがらないことも多く、これが集合的な学習を遅らせています^[41]。コンソーシアムや官民パートナーシップなどを通じたデータ共有と協力の拡大は、この分野の成熟をより早めるでしょう。

最後に、規制上の不確実性があります。オルガン・オン・チップは新しい技術であるため、多くの規制当局はまだその習熟段階にあります。チップデータを医薬品申請にどのように活用するかについてのガイドラインは、ようやく策定され始めたところです。FDAや他の機関は歴史的に動物データに依存してきており、そうした慣行を変えるには慎重な検討が必要です。2025年初頭の時点で、専門家は規制当局が「OOC（オルガン・オン・チップ）に関して他の手法よりも習熟度が低い」と報告しており、機関からのガイダンスもより明確であるべきだと指摘しています^[42]。これは変わりつつあります（次のセクションで詳述します）が、正式な枠組みが確立されるまでは、規制当局がデータをどのように評価するか分からないため、一部の医薬品開発者はオルガンチップへの大規模な投資をためらうかもしれません。まとめると、オルガン・オン・チップシステムは非常に大きな可能性を秘めていますが、まだ万能薬ではありません。これらを堅牢で信頼され、広く利用可能なものにするには、科学的・実務的な大きな課題が残っています。これらの課題を克服するには、継続的な研究開発、投資、科学者・産業界・規制当局の密接な協力が必要ですが、着実に進展しています。

世界の規制動向

世界中の規制当局は、オルガン・オン・ア・チップや関連する非動物試験法の可能性を認識し、これらのイノベーションを受け入れ、促進するために政策の更新を始めています。アメリカ合衆国では、2022年末にFDA Modernization Act 2.0が可決され、画期的な変化がもたらされました。この超党派の法律により、すべての新薬候補がヒトでの臨床試験に入る前に動物で必ず試験されなければならないという何十年も続いた要件が撤廃されました^[43]。つまり、米国食品医薬品局（FDA）は、動物実験を厳格に要求する代わりに、オルガン・オン・ア・チップのようなin vitroモデルからのデータを含む、代替的な前臨床試験データを受け入れることができるようになりました。これは、時代遅れの規制が優れた現代的手法の利用を妨げていると長年主張してきた動物実験フリー研究の推進者たちにとって大きな勝利でした。FDAの広報担当者が述べたように、同庁は今や、オルガンチップ、オルガノイド、コンピューターモデル、その他のアプローチなどの「非臨床試験」を用いてヒトでの臨床試験のための薬剤を承認することができ、もはや生きた動物データのみに頼る必要はありません^[44]、^[45]。しかし、法律を可決することは最初の一歩に過ぎず、この柔軟性を実際に運用するには段階的なプロセスが必要です。

2025年に早送りすると、FDAは動物実験からの脱却をさらに強く支持する姿勢を示しました。2025年4月、FDAは今後3～5年以内に多くの動物実験を段階的に廃止するという大胆なロードマップを発表しました^[46]。同庁は、動物実験を医薬品の安全性評価において「例外的なものとし、標準ではなくする」ことを目標としており、まずモノクローナル抗体医薬品など特定の製品分野から始め、すべての医薬品タイプに拡大する計画です^[47]。FDAは、動物の代わりに検証済みの代替法を用いた医薬品申請に対して迅速審査を提供する可能性も示唆しました^[48]。業界の観測筋は、これを画期的な瞬間と評しています。「これは重要な転換点、歴史的な瞬間だと感じます」と、英国のオルガン・オン・チップ企業CN Bioの最高科学責任者トマシュ・コストジェフスキ博士はFDAの新方針について述べています。「これはFDAが『今後3～5年で動物から完全に脱却することに本気で取り組む』と宣言した瞬間です」^[49]。この明確かつ意図的な政策転換はオルガン・オン・チップ業界を活気づけ、FDAの発表後、企業は投資家や製薬会社からの関心が即座に高まったと報告しています^[50]。

大西洋の反対側、ヨーロッパでもorgan-on-a-chip（オルガン・オン・ア・チップ）を規制枠組みに統合する動きが進んでいます。2021年9月、欧州議会は、動物を使用しないイノベーションへの移行を加速するためのEU全体の行動計画を求める決議を可決しました^[51]。この政治的な後押しにより、欧州の規制当局も行動を起こしています。欧州医薬品庁（EMA）は専任の3Rsワーキングパーティーを設置し、2023年にはマイクロフィジオロジカルシステム（organ-on-chipを含む）の規制利用に向けた適格性評価とバリデーションに着手しました^[52]。EMAの作業計画には、産業界や学術界とのワークショップの開催、特定の状況（例えば、肝臓チップを用いた医薬品毒性評価）におけるorgan-on-chip試験の規制受け入れ基準の定義、さらにはこれらの基準を国際的に調和させるための協力も含まれています^[53]。実際、米国、欧州、その他の地域の規制当局は、「世界的クラスター」を設置し、新しいアプローチ手法について調整し、それらの評価方法に関する知識を共有しています^[54]。このグローバルな調和は重要です。つまり、各機関が互いに連携し、例えばFDAが受け入れた試験法がEMAや日本の当局にも受け入れられる可能性が高まる、ということを意味します。

ヨーロッパはまた、EU動物実験代替法リファレンスラボラトリー（EURL ECVAM）のような機関を通じて、代替試験法を支援してきました。同機関は長年にわたり非動物的手法の研究とバリデーションを行っています^[55]。政治（欧州議会）と科学（EMAおよびECVAM）の両面からの勢いにより、ヨーロッパはorgan-on-a-chipモデルによる医薬品安全性データの最終的な承認に向けて基盤を築いていることが示唆されます。2025年時点では、主要な規制当局で動物実験を完全に廃止した例はありませんが、方向性としては明らかに、organ-on-a-chipや他の非動物アッセイが安全性評価の中心的役割を果たす未来に向かっています。

レギュレーターがオルガン・オン・ア・チップを受け入れる具体的な事例が現れ始めている。2024年、バイオテクノロジー企業Argenxは、FDAへの治験薬（IND）申請の一部としてMIMETASの肝臓オン・ア・チップモデルのデータを含めた。これは、オルガン・オン・ア・チップのデータが公式な医薬品申請を支えた初めての事例の一つと報じられている^[56]。オルガン・オン・チップのテストは、Argenxの新薬の安全性プロファイルをヒトに関連するシステムで示すのに役立ち、規制当局はこれを補足的な証拠として受け入れた。MIMETASのCEO、Jos Jooreはその重要性を強調した：「2D細胞培養や動物モデルのような従来法よりも、先進的なヒトin vitroモデルを受け入れることで、新しい治療法の進展に向けた重要なギャップを埋めることができます。」^[57]この事例は、（FDA近代化法のような）規制の変化が現実世界の応用にどのように反映されているかを示しており、企業が承認申請書類にオルガン・オン・チップの結果を自信を持って提出するようになっていることを例証している。

今後数年で、より正式なガイドラインが発行されることが期待できる。FDAはAdvancing Alternative Methodsイニシアチブを持ち、オルガンチップのような手法の開発と認証のためのリソースや資金を提供している^[58]。EMAも前述の通り、ガイダンス文書の作成に取り組んでいる。規制科学機関も、動物実験とオルガン・オン・チップの結果を直接比較する研究に資金を提供し、より広範な受け入れに必要なエビデンス基盤の構築を進めている。規制当局は慎重なアプローチを取る可能性が高いことにも留意すべきだ。オルガンチップの初期利用は、動物データの補助（追加的な洞察を提供したり、必要な動物数を減らすためで、完全に置き換えるのではなく）として行われるかもしれない。しかし、これらの手法が引き続き有効性を証明し続ければ、特定の試験、例えば肝毒性や皮膚刺激性などにおいて、オルガン・オン・ア・チップが動物実験の公式に認められた代替法となることも考えられる。方向性は定まっている：世界的に、規制の状況は動物に依存しない革新的な医薬品試験法を受け入れる方向にシフトしている。2020年代は、オルガン・オン・ア・チップが研究室から医薬品承認プロセスの一部として受け入れられる時代となりつつある。

商業プレイヤーと市場動向

科学的な裏付けと規制当局の支援が高まる中、オルガン・オン・ア・チップ分野では、革新的なスタートアップ、大学発のスピンオフ、さらには既存の企業による活発な動きが見られるようになっています。小規模ながら急速に拡大している産業が形成されており、これらの「オルガン・オン・チップ」プラットフォームを製薬会社や研究機関に設計・供給しています。おそらく最も有名な企業は、Emulate, Inc.で、ハーバード大学Wyss研究所（肺オン・ア・チップを開発したグループ）から生まれたボストン拠点の企業です。Emulateは、肝臓、腸、肺、脳などのオルガンチップを製造しており、この技術の商業化を牽引しています。EmulateのCEOによれば、最近、同社のオルガンチップへの関心が急増しているとのことです。FDAが動物実験の抑制方針を発表した後、Emulateは「潜在的な顧客からの問い合わせ」に対応し、さらには同社にさらなる投資を希望する投資家からも連絡があったといいます^[59]。これは、製薬業界が開発戦略を転換する中で、オルガン・オン・チップの需要が今後拡大すると市場が見込んでいる明確なサインです。

Emulateだけではありません。他にもいくつかの企業が注目を集めています。CN Bioはイギリスの企業で、オルガン・オン・チップシステムを提供しており、肝臓と他の臓器モジュールを連結できるマルチオルガンプラットフォーム（しばしば「微小生理学的システム」と呼ばれる）を開発しています。CN Bioは、パートナーシップや肝臓チップの毒性試験に関する検証研究の発表にも積極的です。MIMETASはオランダ拠点のリーダー企業で、OrganoPlate®技術で知られています。これは本質的に、多数のミニチュア臓器モデルを含むマイクロ流体プレートであり、ハイスループットスクリーニングに利用されます。MIMETASは大手製薬会社との協業も確保しており、例えば2023年にはアステラス製薬と戦略的パートナーシップを結び、がん治療薬研究にオルガン・オン・チップモデルを活用しています^[60]。また、Mimetasは前述のバイオテクノロジー企業Argenxとも協力し、IND申請のためのオルガンチップデータを提供しました。これは同社プラットフォームの商業的な重要性を示すマイルストーンとなりました^[61]。

アメリカ合衆国では、Hesperos, Inc.（先駆的研究者マイケル・シュラーが共同設立したフロリダ拠点のスタートアップ）が多臓器システムに注力し、「ヒューマン・オン・ア・チップ」モデルを用いた試験サービスを提供しています。Hesperosは、Sanofi、AstraZeneca、Apellisなどの大手製薬会社と提携し、自社の多臓器チップを用いて医薬品候補の安全性と有効性をスクリーニングしていると報じられています^[62]。このような有名製薬企業との提携は、大企業でさえ従来の研究と並行してオルガン・オン・チップのデータを評価していることを示しています。もう一つ注目すべき米国企業はAxoSimで、神経や脳のモデル（「ミニブレイン」やナーブ・オン・チップ・プラットフォームなど）を専門とし、神経毒性を動物モデルを使わずに評価したいバイオテクノロジー企業の顧客を惹きつけています^[63]。

オルガン・オン・チップ分野には、TissUse（ドイツ）のような企業も含まれており、「多臓器バイオリアクター」プラットフォームを提供しています。また、Nortis（米国）はマイクロ流体血管チップで知られています。さらに、Charles River Laboratoriesのような大手受託研究機関（CRO）も、オルガン・オン・チップ技術への投資やオルガン・チップ企業との提携を始めています^[64]（顧客がこれらのアッセイを求めると見込んでいるためです）。要するに、製造者、サービスプロバイダー、協力者からなるエコシステムが形成されつつあります。

オルガン・オン・チップの市場の軌道は非常に有望です。現時点では金額的にはまだ比較的小さいものの、急速なペースで成長しています。市場調査レポートによると、世界のオルガン・オン・チップ市場は2020年代初頭で約1億5,000万ドル規模でしたが、今後数年間で爆発的な成長（年率30～40％）が見込まれています^[65]。一部の予測では、今世紀末までに市場規模が10億ドル近くに達するとされています^[66]。この成長は、創薬、毒性試験、学術研究での採用拡大によって牽引されています。この成長を支えているのは製薬業界の需要だけでなく、試験手法の改善を目指す政府のイニシアチブや研究助成金による資金提供も含まれます。例えば、米国NIHのような機関は「Tissue Chip」プログラムに資金を提供し、疾患モデルのオルガン・オン・チップ開発を推進し、これらのチップの一部は国際宇宙ステーションに送られ、微小重力下での実験にも利用されています（この技術の応用範囲を拡大しています）。

オルガン・オン・ア・チップのスタートアップへの投資家の関心もそれに続いています。ベンチャーキャピタルや企業投資家は、これらの技術が1800億ドル以上の前臨床研究市場の一部を変革する可能性があると見ています。例えばEmulateは、多額の資金調達を行い、医薬品の安全性試験用チップの供給契約を締結しています（あるパートナーシップでは、ModernaがEmulateのリバー・オン・ア・チップを用いてmRNAワクチン送達に使われる脂質ナノ粒子の安全性をスクリーニングしました）^[67]。規制がますます非動物データを支持するようになる中、製薬会社は先手を打つためにオルガン・チップ試験にさらに多くのリソースを投入する可能性があり、市場のさらなる拡大が期待されています。

もちろん、チャンスがあれば競争もあり、いくつかの成長痛も伴います。各社は自社の特定のオルガンチップモデルが信頼でき、科学的に妥当であることを証明しなければなりません。多くの場合、規制当局と密接に連携してデバイスの認証を進めています。特に政府契約に依存している場合、資金調達のハードルに直面している小規模なオルガン・オン・チップ企業の報告もあります^[68]。しかし、全体的な傾向としては商業活動が活発化しています。この分野では学際的な融合も進んでおり、バイオテクノロジー企業はマイクロエンジニアやソフトウェアの専門家、生物学者などを採用して製品の改良に取り組んでいます。オルガンチップの助けを借りて開発された医薬品が市場に出るなど、成功事例が増えるにつれて、この技術のビジネスケースはさらに裏付けられるでしょう。要するに、オルガン・オン・ア・チップ産業は、ニッチで先駆的な段階から、主流の医薬品開発への拡大と統合というより成熟した段階へと移行しており、好意的な規制や社会的な追い風に支えられています。

倫理的・社会的影響

オルガン・オン・ア・チップ技術の台頭は、主に非常に前向きな倫理的および社会的影響をもたらしますが、生物医学研究の進め方についてもいくつか考慮すべき点があります。倫理面で最も明らかな利点は、医薬品の試験や研究において動物の使用を大幅に削減し（最終的には排除する）可能性があることです。これは長年の倫理的課題に対応するもので、従来の医薬品試験では無数の動物を犠牲にしてきたため、動物福祉への懸念がありました。これらの試験をヒト細胞ベースのチップに置き換えることで、実験に使われる動物の数は大幅に減少します。動物福祉団体はこの流れを歓迎しており、FDAが動物実験からの転換を発表した際には、動物愛護団体が最も大きな声で祝福しました^[69]。また、一般市民も製品の試験方法にますます関心を寄せています。調査によると、消費者は倫理的に調達された製品を好み、動物実験に関して立法者に行動を促してきました^[70]。オルガン・オン・ア・チップへの移行は、部分的にはこの「動物を使わないイノベーション」を求める社会的要請に応えるものです。「動物を使わないなら、どうやって？」という問いに対し、動物を傷つけることなく安全性と科学的厳密さを維持できるという具体的な解決策を示しています。

もう一つの倫理的側面は、研究の公平性とヒトへの関連性です。私たちはしばしば、動物モデルへの依存が人間にとってリスクであるだけでなく、薬の開発を遅らせたり誤った方向に導いたりすることで患者にとっても不公平であることを忘れがちです。例えば、人間の病気の治療法が動物で失敗し棚上げされてしまうと、他の種の生物学が人間と一致しないために人類が損失を被ることになります。逆に、安全でない薬が動物試験を通過し、臨床試験で人間のボランティアに害を及ぼすこともあります。オルガン・オン・ア・チップは、最初からヒトの生物学に焦点を当てることでこれに対処し、より安全な試験と悲劇の減少につながる可能性があります。より予測性の高いデータを提供することで、どうせ失敗する薬に人間のボランティアがさらされるのを防ぐことができます。この意味で、オルガン・オン・ア・チップは臨床研究の安全性を高めることで社会に貢献し（リスクにさらされる試験参加者が減る）、治療法の開発を加速させる可能性もあります（効果のない化合物を早期に排除し、有望なものをより自信を持って特定できるため）。

オルガン・オン・ア・チップや同様の手法への移行は、科学コミュニティおよび労働力にも影響を及ぼします。動物実験が中心でなくなるにつれ、研究者はこれらの高度なin vitroシステムを使用・開発するために（たとえば、組織工学、マイクロフルイディクス、計算解析などの）新しいスキルが必要になります。研究室や教育現場では文化的な変化が起こるかもしれません。将来の毒物学者や薬理学者は、実験動物での手術を学ぶ代わりに、人間を模倣したチップで訓練を受ける可能性があります。これにより、研究の初期段階からより人間中心の考え方が育まれるかもしれません。倫理的にも、多くの若い科学者は動物を傷つけない技術に熱心であり、オルガンチップは動物利用に反対する人々にとってバイオメディカル分野のキャリアをより魅力的なものにできます。とはいえ、現在動物実験に依存して生計を立てている人々（実験動物のブリーダーや特定のラボ技術者など）の移行を慎重に管理する必要があります。時間の経過とともに、リソースは再配分される可能性があります。たとえば、かつて動物を飼育していた施設が組織培養ラボに転換されるなどです。科学の進歩が倫理的進歩と歩調を合わせて進むことが期待されており、オルガン・オン・ア・チップはその道筋を提供します。

また、より広い社会的な課題も考慮する必要があります。オルガン・オン・ア・チップや関連技術（オルガノイドやコンピューターモデルなど）が標準となった場合、社会は規制および法的枠組みが進歩に追いつくように更新されていることを確保しなければなりません。たとえば、新しい手法に基づいて承認された薬が後に予期しない影響を示した場合、責任の所在をどのように定めるのでしょうか。オルガン・オン・チップ法が適切に検証されていることを保証することで、これを軽減できます。一部の倫理学者は、人間ベースのモデルを採用するにあたり、安全性や有効性の基準の定義も見直す必要があると主張しています。より精密なツールを持つことになるため、基準を引き上げる可能性もあります。グローバルな観点では、これらの技術への公平なアクセスも課題です。発展途上国は高度なオルガンチップ試験を迅速に導入するためのリソースが不足しているかもしれず、国際的な支援や技術移転が必要となる場合があります。そうでなければ、最初は特定の国だけが動物実験から離脱するという格差が生じるかもしれません。

社会的価値観の観点から見ると、動物を使わない試験への移行は、他の生き物への思いやりや敬意の高まりを反映しています。これは、科学の進歩が不必要な苦痛を伴うべきではないという考え方と共鳴します。もし成功すれば、オルガン・オン・ア・チップ技術は、宇宙開発競争や他の壮大な科学的挑戦のように、国民の誇りや支持の対象となるかもしれません。なぜなら、それは道徳的ジレンマを解決しつつ科学を前進させるからです。将来的には、医学的なブレークスルーが人命を救うだけでなく、その過程で動物の命を奪わないことでも称賛される時代が来るかもしれません。すでに政策の場では、動物実験の削減が進歩とイノベーションの証と位置付けられる言葉が見られます^[71]。

結論として、オルガン・オン・ア・チップ技術の倫理的および社会的影響は、主に変革的で前向きなものです。この技術は、私たちがより人道的にイノベーションを起こす未来をもたらし、科学的実践を社会の進化する道徳的期待に合わせるものです。もちろん、透明性と教育が重要となります――新しい手法について一般の人々に周知し、その有効性を保証することで、医薬品の試験方法に対する信頼を維持する必要があります。もしオルガン・オン・ア・チップがその約束を果たせば、動物実験は、医学史上の他の時代遅れの手法と同様に、粗野で古めかしいアプローチだったと振り返ることになるかもしれません。道のりはまだ終わっていませんが、オルガン・オン・ア・チップの各進歩が、私たちを実験動物を犠牲にすることなく命を救う薬を開発できる世界に一歩ずつ近づけています。それは人間と動物の双方にとって利益となるのです。

専門家の見解と今後の展望

薬理学、バイオエンジニアリング、倫理の分野の多くの専門家は、オルガン・オン・ア・チップ技術が今後の医薬品開発において中心的な役割を果たすと楽観視しています。最初の肺オン・ア・チップの開発を主導したハーバード大学のドナルド・インガバー教授は、これらのシステムが「ペトリ皿での実験と生体ヒトとのギャップを埋める」ことができるとよく指摘しています。彼や他の専門家は、オルガンチップが実験にヒトの文脈を与えることを強調しており、これは動物モデルには本質的に欠けているものです。より多くの検証データが出てくるにつれ、これらのシステムへの信頼も高まっています。Emulate社のジム・コーベットのような業界リーダーは、状況がいかに急速に変化しているかを強調しています。「これは明確かつ意図的な転換です」とコーベットはFDAの新たな姿勢について述べており、かつては未来的なアイデアだったものが、今や規制科学に積極的に組み込まれていることを強調しています^[72]。

同時に、専門家たちは私たちが現実的かつ厳密である必要があると警告しています。単一の手法ですべての問題を解決できるわけではなく、オルガン・オン・ア・チップは万能薬ではありません。英国NC3Rsのアンソニー・ホームズ博士は、オルガンチップ、コンピューターモデリング、ハイスループット細胞アッセイなど複数の手法の組み合わせが動物実験を総合的に置き換えること、そして協力が鍵であると述べています。この考えは、ワークショップや作業部会を通じて関係者と連携している規制当局にも共通しています^[73]。彼らが描く未来は、「新しいアプローチ手法」が連携して予測精度を高める世界です。その未来において、オルガン・オン・ア・チップはヒト臓器の反応をシミュレートできる基幹技術とみなされ、他のツール（計算モデルなど）は全身生理や遺伝子をシミュレートできます。これらが組み合わさることで、動物実験は時代遅れになる可能性があります。

業界からの注目すべき洞察の一つは、MimetasのCEOによる、彼らのオルガン・オン・チップデータで支えられたIND申請についてのコメントでした。人に関連するモデルを早期に取り入れることで、治療法の開発を加速できるというものです^[74]。これはより広範な意識の変化を反映しています――異種間の外挿に頼るのではなく、人の生物学をデフォルトのテストベッドとして使うという考え方です。今後、（チップによって危険な副作用が発見された薬や、チップのおかげで迅速に開発された治療法など）成功事例が増えるにつれ、製薬業界全体のパラダイムが「ヒューマン・ファースト」のテストモデルへとシフトしていくと期待されています。これに適応する企業は、競争上の優位性を持ち、不適切な薬を早期に排除（早く失敗）し、有望な候補に集中できるでしょう。

今後について、専門家たちはいくつかの興味深い展開を予測しています。個別化医療はオルガン・オン・チップによって大きく加速される可能性があります。たとえば、特定のがん患者から細胞を採取し、その患者自身の免疫細胞とともにチップ上で微小腫瘍を育て、複数の薬剤をテストしてどれが最も効果的かを治療前に判定する――そんな未来が現実になるかもしれません。これは、かつてない精度で個人に合わせた治療を可能にするでしょう。研究者たちはまた、CRISPR遺伝子編集とオルガンチップの統合によって、チップ上で遺伝性疾患をモデル化し、遺伝子治療をテストすることも模索しています。もう一つの分野は環境・化学物質の試験です――化学物質の安全性（医薬品だけでなく）を担当する規制当局も、動物実験を使わずに化粧品、食品添加物、工業用化学品の毒性をテストするためにオルガンチップに関心を持っています。米国のEPA（環境保護庁）は、2035年までに化学物質の動物実験を削減する取り組みを進めており、オルガンチップはその解決策の一部になると考えられています。

まとめると、専門家のコンセンサスは、オルガン・オン・チップ技術が創薬試験と疾患研究のアプローチを一変させる可能性を秘めているというものですが、その完全な可能性を実現するには継続的な努力が必要です。楽観的な見方と同時に、これらのシステムを徹底的に検証し、正しく利用できるようにし、知識を広く共有する責任感も伴っています。この分野が成熟するにつれ、かつては突飛だった動物実験なしの創薬というアイデアが現実味を帯びてきています。生きたヒト細胞を持つ小さなマイクロ流体チップ一つ一つが、科学的なブレークスルーであると同時に倫理的な進歩でもあります。これらが一体となって、より安全で迅速、かつ人道的な創薬の未来――実験用ラットやウサギ、サルがもはやテストの標準被験体ではなくなり、チップ上のヒト生物学が人命救助の最前線を担う未来へと私たちを導いています。

出典:

Ingber, D. 他, Wyss Institute, Harvard – Human Organs-on-Chips Overview ^[75]
U.S. GAO – Human Organ-on-a-Chip: Benefits Over Animal Testing, Challenges to Adoption (2025年5月) ^[76]
Walrath, R., Chemical & Engineering News（2025年5月）–「FDAの動物実験からの転換がオルガノイドメーカーに道を開く」^[77]
Lake, D., Lab on a Chip Blog (RSC) –「Organ-on-a-Chipにおける画期的技術」（2024年7月）^[78]
Clarivate Analytics –「動物実験を超えて：オルガン・オン・チップの台頭」（2024年10月）b ^[79]
NIST News –「Organ-on-a-Chip研究のための標準開発」（2024年2月）^[80]^[81]
EMA 3Rs Working Party Report (2023) – 規制利用のためのOrgan-on-Chipの適格性 ^[82]
Columbia Engineering News –「プラグアンドプレイ型Organ-on-a-Chip」（2022年4月）^[83]
Mimetas Press Release – FDA IND申請におけるOrgan-on-Chipデータ（2024年7月）^[84]
RSPCA Science – 研究における動物の統計 ^[85]
The Regulatory Review (Penn Law) –「動物実験を終わらせる時か？」（2024年1月）^[86]
C&EN / Biospace – 動物実験市場と失敗率 ^[87]