この成果が重要な理由は、糖尿病患者が毎日のインスリン注射に頼る負担を減らす可能性を示したためです。
一方で、現時点では人での治療ではなく、あくまで動物実験段階です。
そのため、今後は長期耐久性や臨床応用に向けた検証が焦点になります。

研究で示された90日間の生存と血糖維持

3月25日に学術誌Deviceに掲載された研究では、ラットとマウスの皮下に埋め込まれたカプセル化膵島細胞が、試験期間全体を通じて機能を維持したと示されました。
膵島細胞とは、膵臓の中でインスリンを作る細胞群です。
つまり、この研究は、体内に埋め込んだ細胞が長期間働き続けるかを確かめたものです。

さらに研究チームは、免疫抑制剤なしでも健康な血糖値を維持できるだけのインスリンが産生されたと説明しています。
これは大きな点です。
なぜなら、従来の膵島細胞移植では、拒絶反応を抑えるために免疫抑制剤が必要になることが多いからです。

免疫抑制を避けたいという研究チームの狙い

MITの化学工学部教授であり、コーク統合がん研究所と医工学関連組織にも所属するダニエル・アンダーソン氏は、膵島細胞療法について「患者にとって画期的な治療法となり得る」と述べました。
一方で、現在の方法では免疫抑制が必要であり、患者によってはその負担が非常に重くなる可能性があるとも語っています。

またアンダーソン氏は、「免疫抑制を必要とせずに、患者が細胞療法の恩恵を受けられる方法を見つけることが目標だ」と説明しました。
こうした中、MITの埋め込み装置は、細胞そのものを守りながら体内で働かせるという発想で開発が進められています。

2023年の試作機から何が進化したのか

このデバイスは、2023年に発表された概念実証の延長線上にあります。
当時の装置では、カプセル化した膵島細胞をマウス体内で約1か月維持できました。
しかし、実用化を見据えるなら、1か月では短いという課題が残っていました。

実際に、2023年の装置は、体内の水蒸気を利用して酸素を作る仕組みを備えていました。
つまり、膵島細胞が生きるうえで必要な酸素を、体内で補う考え方です。
これが今回のMITの埋め込み装置の核となる技術です。

体内の水蒸気から酸素を作る仕組み

この装置では、プロトン交換膜を使います。
これは、水素イオンだけを通しやすい特殊な膜で、燃料電池などでも使われる技術です。
研究チームはこの膜を使い、体内に自然にある水蒸気を水素と酸素に分解します。

分解後の水素は体内に無害な形で拡散します。
一方で、酸素は貯蔵チャンバーに送られ、薄い酸素透過膜を通じて膵島細胞へ供給されます。
そのため、細胞を外敵から守るカプセル構造を維持しながら、酸素不足という弱点を補えます。

ワイヤレス給電がMITの埋め込み装置を支えます

このMITの埋め込み装置は、外部アンテナから無線で電力を受け取る設計です。
2023年段階でも、体外のコイルから体内の柔軟なアンテナへ電力を送る方式を採っていました。
つまり、体内に電池や配線を大きく抱え込まない構造です。

新バージョンでは、研究チームが防水性と耐亀裂性を高め、さらに回路を最適化しました。
その結果、酸素生成装置へより多くの電力を届けられるようになりました。
また、この出力強化によって、細胞がより多くの酸素を受け取り、より長く働けるようになりました。

出力増強でインスリン産生が長く続くようになりました

研究チームは、新型装置で酸素生成能力を高めた結果、カプセル化された細胞がより効果的に生存し、時間とともにより多くのインスリンを作れるようになったと説明しています。
ここが、以前の試作機からの大きな前進です。

つまり、MITの埋め込み装置の改善点は、単に長持ちする外装だけではありません。
酸素供給を安定させることで、細胞自体の働きを引き上げた点に意味があります。
こうした中、研究チームは90日間という期間で血糖管理の改善を確認しました。

2種類の膵島細胞で試験

研究者たちは、遺体由来のドナー膵島細胞と、人工多能性幹細胞（iPS細胞）から作った膵島細胞の両方を試験しました。
iPS細胞とは、体の細胞を初期化してさまざまな細胞に変えられるようにした細胞です。
再生医療で広く注目される基盤技術でもあります。

ドナー由来の膵島細胞では、動物の血糖値を健康域に保つだけのインスリン産生が確認されました。
一方で、iPS細胞由来の膵島では、糖尿病を完全に改善するまでには至らなかったものの、一定の血糖コントロールは達成しました。

幹細胞由来の膵島が完全改善に届かなかった理由

研究チームは、幹細胞由来の膵島が完全な改善に至らなかった理由について、細胞の成熟にさらに時間が必要だからではないかとみています。
成熟とは、細胞が本来の役割を十分果たせる状態まで育つことです。
つまり、細胞の質そのものが今後の改善点です。

実際に、共同筆頭著者のMatthew Bochenek氏は、将来さらに成熟時間を与えられれば、より多くのインスリンを分泌し、より良く糖尿病を調節できるはずだという見通しを示しました。
しかし、これは今後の検証が必要な段階です。

研究を主導したメンバー

この研究は、元MIT研究員で現在はスタンフォード大学のSiddharth Krishnan氏と、元MITポスドク研究員のMatthew Bochenek氏が主導しました。
また、MITの著名な研究者であるRobert Langer氏も共著者として参加しています。

研究の中心にはMITの生体材料、細胞治療、医工学の知見があります。
そのため、この成果は単独の部品開発ではなく、細胞、生体材料、ワイヤレス電力供給を組み合わせた総合技術として見る必要があります。

糖尿病を超えた用途も視野に入っています

研究チームは、このデバイスの寿命を2年以上に延ばす計画を示しています。
90日間の維持でも大きな前進ですが、臨床利用を目指すなら、さらに長い期間の安定動作が必要になるためです。

さらに、研究者らはこの仕組みを、抗体、酵素、凝固因子など別の治療用タンパク質の送達にも広げられないか探っています。
つまり、MITの埋め込み装置は糖尿病治療だけでなく、体内で必要な薬効タンパク質を作る「生きた薬剤工場」として使える可能性があります。

長時間点滴を減らす発想につながる可能性

アンダーソン氏は、患者が繰り返し長時間の点滴を受けなければならないタンパク質療法は多いと述べました。
そのうえで、必要なときに必要な量だけ、体内で継続的に治療用タンパク質を生み出せる装置を作れるかもしれないと語っています。

一方で、ここはまだ将来構想の段階です。
実際に人の医療へ進むには、安全性、耐久性、製造の安定性、外部給電の使いやすさなど、多くの壁があります。
しかし、今回のMITの埋め込み装置は、その方向性を具体的に示した点で非常に大きいです。

今後の焦点は人への応用に進めるかです

今回の研究は、糖尿病治療のための細胞移植において、免疫抑制と酸素不足という二つの難題に同時に向き合った成果です。
しかも、90日間という期間で血糖管理の改善を示しました。
これは「一歩前進」どころか、研究者にとってはかなり骨太な前進です。

その一方で、人での有効性はまだ確認されていません。
そのため、現時点で「注射が不要になる」と断定する段階ではありません。
しかし、MITの埋め込み装置が示した90日間のデータは、今後の臨床応用に向けた強い根拠になり得ます。

ソース

MIT News「Implantable islet cells could control diabetes without insulin injections」
学術誌 Device 掲載論文
MIT IMES「An implantable device could enable injection-free control of diabetes」

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近年、糖尿病患者が安全かつ快適に血糖値を管理できるよう、世界中の研究者たちが「針を使わない血糖測定技術」の開発に挑戦しています。そんな中、超音波技術と人工知能（AI）を組み合わせた新システムが実験室で成果を上げ、無痛の血糖モニタリング実現にまた一歩近づいたことが報告されました。

今回の研究は npj Acoustics（Natureポートフォリオ） に掲載されており、これまで数々の障壁があった非侵襲血糖測定の分野で注目すべき進展を示しています。

■ 高周波超音波 × AI が血糖値の違いを識別

研究チームは 80MHzの超音波トランスデューサー（非常に高い周波数の超音波を発する装置）と、
深層学習（Deep Learning）モデルを組み合わせることで、
血液中のグルコース濃度の違いを検出することに成功しました。

今回テストされたAIモデルは以下の4種類です：

• VGGNet
• InceptionNet
• ResNet
• EfficientNet

これらのモデルに、0〜250mg/dLまで幅のある血液サンプルの超音波信号を学習させたところ、
6段階の細かな血糖レベル区分の識別では65〜68％の精度を達成。
特に InceptionNet が 67.9％ と最も高い精度となりました。

一見すると控えめな精度ですが、研究チームはここからさらに踏み込み、
「臨床的に特に重要な部分」に着目します。

■ 危険な血糖値異常（低血糖／高血糖）の区別は “90％超” と高精度

6段階の細分化では精度が落ちた一方で、研究チームが分類をシンプルにし、

● 150mg/dL

を境に 低血糖（150mg/dL未満） と 高血糖（150mg/dL以上） に分ける
“バイナリー分類” へ変更すると結果は劇的に改善しました。

• InceptionNet：90%以上の精度
• ResNet：90%以上の精度

つまり、現時点では細かい血糖値の「数値の特定」は難しいものの、
危険な血糖値状態かどうかの判定には非常に有望な性能 が示されたのです。

これは現場での利用価値が高く、
「今すぐ低血糖かどうかを知りたい」という切迫した状況で特に役立つ可能性があります。

■ 他の非侵襲技術との比較：超音波の強みとは？

現在、非侵襲血糖測定の研究は活発で、今月だけでも２つの大きな成果がありました：

1. オプトアコースティック技術（光と音を組み合わせた解析法）による非侵襲測定に成功（ドイツ研究）
2. pHキャリブレーションを利用した逆イオントフォレシス方式の高精度化（Nature Communications）

一方、今回の超音波方式は以下の点で独自のメリットを持ちます：

◎ 皮膚の色・厚さ・状態の影響を受けにくい

光を使う方式が避けられない「皮膚の個人差」の問題を回避できる。

◎ 血液と間質液の時間差（タイムラグ）を避けられる可能性

既存のCGM（Dexcomなど）は皮下組織の間質液を測るため、
血糖値と数分のタイムラグが発生します。
超音波方式は血液そのものをターゲットにできる可能性があります。

■ 臨床利用にはまだ課題も多い

革新的な結果が出た一方で、研究者たちは課題を明確に認識しています。

● モデルの “過学習”

• トレーニング精度 86％以上
• テスト精度 65〜68％

この差から、AIが「学習データに特化しすぎて汎用性が低い」状況が見て取れます。

● 使用した血液は馬の全血サンプル

実験条件は極めて制御されており、
人間の皮膚越しの測定とは環境が大きく異なります。

● 全血は信号が複雑

血小板・白血球など多数の成分が混在し、超音波反射が複雑になるため、
ノイズが増加してAIがパターンを学びにくい。

今後は以下の改善が必要とされています：

• データセットの大幅拡張
• トランスデューサの動きによるノイズ低減
• 人の皮膚越しの測定条件への適応
• モデルの汎化性能向上

■ “針のいらない血糖測定” へ確実に前進

既存のCGM（持続血糖測定器）は便利ですが、

• 皮下にセンサーを刺す必要がある
• 数日ごとの交換が必要
• コストが高い

などの課題があります。

今回の超音波×AI技術はまだ初期段階にあるものの、

✔ 低血糖／高血糖を高精度で判別可能

✔ 無侵襲で痛みゼロ

✔ 光学方式の弱点を回避できる

という大きなポテンシャルを持っています。

研究チームは、
「無針での血糖モニタリングを実現するため、技術をさらに磨く」と述べており、
今後、非侵襲型血糖測定の分野が急速に進化することが期待されています。

ソース

• azonano
• nature
• Helmholtz Munich
• npj Acoustics（Natureポートフォリオ）

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