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2026年09月17日

In vitro経験者が押さえたいin vivoトランスフェクションを研究に取り入れる方法｜核酸・導入方法の選び方を解説

目次

はじめに
1. in vitroからin vivoへ進む際に直面しがちな2つのハードル
　1-1. 技術的な不安
　1-2. リソース面の不安
2. in vivo実験に使用する核酸の種類や基本情報
　2-1. in vivo実験に適した核酸の特徴と注意点
　2-2. in vivo実験に求められる核酸の品質をどう確保するか
3. in vivo核酸導入の目的別の方法と考え方
　3-1. トランスフェクションとトランスダクションの違い
　3-2. 主な導入方法の比較
　3-3. in vivoトランスフェクションで注意すべきリスク
4. まとめ

はじめに

In vitro実験でトランスフェクションの経験がある研究者の中には、in vivo実験へ進む必要性を感じながらも、なかなか踏み出せない方もいるのではないだろうか。In vivo実験を行うには、実験動物の選定や疾患モデル作製、核酸の設計、トランスフェクション試薬の選定など、多くの検討すべき項目があるため、技術面やリソース面などの不安が募っていくことも一因だ。しかし、in vivo 実験では、事前に核酸やトランスフェクション試薬の特徴を正しく理解しておくことで、そのハードルを低くすることができる。

そこで本記事では、核酸の品質、導入方法の設計ポイントを整理して解説する。

1. in vitroからin vivoへ進む際に直面しがちな2つのハードル

In vitro実験からin vivo実験へ進む際のハードルとして、主に「技術的な不安」と「リソース（人員・費用・設備）面の不安」が挙げられる。
まずは不安の内容を具体化し、どの部分を実験設計で解消できるかを整理することが重要である。

1-1. 技術的な不安

生体内に核酸を導入する場合、培養細胞とは異なり、血流・組織分布・免疫反応など、複数の要素が結果に影響する。そのため、研究者は次のような点に難しさを感じやすい。

・核酸が標的組織や細胞まで届くかどうか
・導入方法によって導入効率が変わること
・免疫反応や毒性を考慮する必要があること

しかし、これらの懸念はin vitro実験と同様に、トランスフェクション方法の1つである試薬を用いた化学的導入法（3-2にて解説する）を選択すると軽減できる。

1-2. リソース面の不安

もう一つのハードルは、実験に必要な人員・費用・設備の負担である。

In vivo実験では、使用する材料と手技に慣れた人員を確保する必要があるため、in vivo実験の導入にハードルの高さを感じる研究者もいるだろう。核酸や試薬の調製ミスや試薬由来の毒性によってデータにノイズが生じれば、再実験が必要となり、多くの時間や実験費用を消費する。また、ウイルスベクターを用いる場合には、ウイルスベクターの作製やP2レベル実験施設などバイオセーフティレベルに応じた拡散防止措置、機関内での煩雑な申請手続きが必要となる。物理的導入法を選択する場合も、高価な専用機器が必要になることがあり、こうした点がハードルの高さを感じさせる要因になっている。

こうした負担は、調製工程がシンプルで再現性が高く、一般的な動物実験室で使用可能であり、高価な専用機器も不要な化学的導入法を選ぶことで、軽減することができる。

2. in vivo実験に使用する核酸の種類や基本情報

In vivo実験は、in vitroで得られた分子レベルの知見が、生体内でも成立するかを検証するための「橋渡し実験」である。 In vitro実験の結果は、細胞単独の環境で得られたもので、血流・免疫・代謝・組織構造といった生体の複雑性を反映していない。そのため、in vivo 実験で「本当にその核酸が目的の組織や細胞に届き、期待した遺伝子発現や表現型に変化を起こすか」を検証する必要がある。

こうした理由から、まずin vitro実験で有望な標的と核酸を絞り込んだ上で、その結果に基づいてin vivo実験へ進む必要がある。その点、in vitro 実験の経験が既にある研究者であれば、絞り込みに必要な知識や実験データ等を持っているため、in vivo 実験の検討をスムーズに進めやすいと言える。

In vivoトランスフェクションの基本手技は、次の3ステップに整理できる。

・核酸を希釈する
・核酸と試薬等の混合などの調製を行う
・対象の実験動物に投与する

このように、手技自体は比較的シンプルである。一方、期待した核酸導入や発現を生体内で実現するためには、実験前の設計が重要になる。具体的には、核酸の種類の選定、核酸の品質の確保などを、実験目的に応じて検討する必要がある。

2-1. in vivo実験に適した核酸の特徴と注意点

In vivo実験に適した核酸とは、分解されにくく標的とする組織に到達することができ、細胞内に入りやすく、目的の遺伝子発現または発現制御を正確に行えるように設計された核酸である。核酸の種類によって、作用機序、作用期間、安定性、適した導入方法が異なる。

また、生体内では免疫系、血流、組織代謝のすべてが核酸に反応し、予期せぬ結果をもたらすことがある。そのため、核酸をin vivoで使用する際はin vitro以上に厳密な品質管理が必要になる。研究者がin vitroから in vivoへ核酸導入を移行する際に注意すべき最大の落とし穴は、この「求められる核酸の品質が根本的に異なる」という点にある。

In vivoでは 不純物やエンドトキシン、化学修飾、二次構造、試薬との相性など、配列以外の品質要素も実験の成否を左右する。In vitro実験では検出されにくかった核酸の品質上の問題が、in vivo実験では毒性、免疫反応、データの破綻として顕在化する。これらをin vivo実験で防ぐには、研究目的に応じて必要な品質基準を満たす核酸を選択することが重要になる。

2-2. in vivo実験に求められる核酸の品質をどう確保するか

In vivo実験に適した核酸を準備する際には、精製度が担保されたin vivo品質の合成サービスを検討するのが一般的な方法である。こうしたサービスでは、PAGEやHPLCによる精製、低エンドトキシン仕様、GMPに準拠した製造といった品質管理も、予算に応じて選択できる。

例えば、siRNAやmiRNAの合成では、AteloSiLence（アテロサイレンス）のような高品質ながらお手頃価格の核酸合成サービスも活用できる。AteloSiLenceではin vivo実験用の品質を選択でき、低エンドトキシン保証やGMPに準拠した製造にもオプションで対応しているため、核酸の品質もコストも妥協したくない場合の選択肢になるだろう。

3. in vivo核酸導入の目的別の方法と考え方

In vivoでの核酸導入方法は、標的とする組織や使用する核酸の種類、必要な作用範囲・作用期間などの条件を踏まえて選択する必要がある。そこでまずは、その種類を知ることが大切である。

3-1. トランスフェクションとトランスダクションの違い

In vivoにおける核酸導入法は、トランスフェクションとトランスダクションの2つに大別される。

トランスフェクションは、化学的または物理的な方法でDNA・RNAなどの核酸を細胞内へ導入する方法である。

一方、トランスダクションは、ウイルスベクターを用いて遺伝子を細胞核内に導入する方法で、長期発現やサイズの大きな核酸の導入、高い導入効率が必要な場合に検討される。

3-2. 主な導入方法の比較

In vivo 核酸導入は、導入方法の選択肢が多く、判断基準が複雑に見えることから「難しい手法」と思われがちである。しかし、事前に整理すべき項目さえ明確にしておけば、むしろ検討しやすい手法だと言えるだろう。

導入方法を検討する際は、使用する核酸、組織・部位などどこに届けたいかなどの条件を整理しそれぞれの手法を比較することが重要である。

特に、限られたリソースの中でin vivo核酸導入を検討する場合、まず選択肢に入れたいのが試薬を用いる化学的導入法である。

この方法は、核酸と試薬を混合して投与するというシンプルな手順で実施できるため、トランスダクションのようなウイルスベクター作製の手間や、物理的導入法のような専用導入機器の準備が不要である。また、投与前の調製条件や投与条件を揃えやすい上、in vitro実験で培った核酸と試薬の取り扱い経験をin vivo実験にも活かしやすく、応用しやすい点も利点である。

このように、実験の立ち上げやすさや再現性、コスト面まで総合的に考えると、化学的導入法は現実的な第一候補となり得る。ただし、生体内では試薬の性質が毒性や免疫反応、組織分布、データのばらつきに影響を及ぼす可能性があるため、次節ではそのリスクを整理する。

3-3. in vivoトランスフェクションで注意すべきリスク

In vitroトランスフェクションでは、Liposomeが選択されることが多い。In vivoでもLiposomeを選択することは可能であるが、肝臓や脾臓に集積しやすいことに加え、生体内で予期しない生体反応を引き起こすことがある。

たとえば、毒性による遺伝子発現の乱れによって、アポトーシス、ストレス応答遺伝子の誘導、炎症性サイトカインの上昇（免疫応答）、肝毒性に伴う代謝遺伝子の変動などが生じる場合がある。

さらに、Liposomeは個体差により免疫細胞との相互作用が変動しうるため、投与量や条件の検討が重要である。この個体差は実験データのノイズ要因となり、再現性の低下や再実験によるコストや時間の増大を招く恐れがあるため、留意が必要になる。

このようなリスクを回避する選択肢として、生体適合性の高いアテロコラーゲン製のトランスフェクション試薬AteloGene（アテロジーン）の使用を検討するのも一考だと言えるだろう。    

AteloGene Local Use “Quick Gelation”は、核酸と共に狙った組織に投与されると、約10分でゲル化してその場に留まる性質を持つ。約1週間の徐放性により、最大70%を超える遺伝子発現抑制効果が認められているだけでなく、頻回投与の手間や使用核酸量（高額な核酸の費用）を削減できる。

AteloGene Systemic Useは、尾静脈や腹腔内に投与した後もゲルを形成しないように調整されており、様々な組織に核酸を送達可能である。また、Liposomeと比べて、バックグラウンドでの遺伝子発現の変動が少ないことから、核酸の効果を明確に見ることができる特徴がある。

4. まとめ

In vivo核酸導入では、核酸が標的組織や細胞まで届くか、投与経路によって導入効率がどう変わるか、免疫反応や毒性を評価する必要があるかなど、不安になることが多い。

しかし、実験目的と標的部位を明確にし、使用する核酸の種類と品質、投与経路、必要な作用期間、導入方法の順に条件を整理すれば、漠然とした不安を具体的な検討課題に置き換えられる。

その上で、いきなり本実験に進むのではなく、まずは小規模な予備検討から条件を絞り込み、得られた結果を基に導入方法や評価項目を見直しながら、in vivo実験への移行を段階的に進めていくとよい。

核酸の品質や導入方法に迷う場合は、作用機序や標的部位、導入方法などの条件を整理した上で、各サービスや製品の情報を確認するとよい。こうした検討のなかで、siRNA・miRNAの合成にはAteloSiLence、in vivo用トランスフェクション試薬にはAteloGeneのような選択肢がある。

 

「AteloSiLence」および「AteloGene」は株式会社高研の登録商標です（登録商標第5149999号、第5001748号）。

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