CASインサイトレポート：生殖補助医療における新しい技術

ARTの現状：はじめに

生殖補助医療（ART）は、個人やカップルが不妊の課題を克服し、妊娠を可能にするために設計された幅広い医療技術を網羅しています。不妊症は世界中のカップルの約10〜15％に影響を及ぼしており、ARTは現代の医療において不可欠な要素となっています。

ARTの手順には、通常、受精と着床を達成するための卵子、精子、胚の取り扱いが含まれます。IVFや凍結保存といった技術は、現在、世界中の不妊治療クリニックにおける標準的な手法となっています。近年では、人工知能（AI）、遺伝子検査、幹細胞研究といった新興技術がARTをさらに洗練させ、倫理的・社会的影響に対処しながら成功率を向上させています。さらに、体外配偶子形成（IVG）のような実験的なイノベーションは、自ら配偶子を生成できない人々に配偶子を提供する可能性があります。

しかし、さまざまなARTイノベーションをめぐっては依然として多くの倫理的問題が残されており、その多くは依然として動物モデルに大きく依存しています。このアプローチは、生殖生物学やさまざまなART介入の影響に関する貴重な知見を提供しますが、多くのイノベーションがヒトへの臨床利用にはまだ程遠いことを示しています。

私たちは、科学情報の最大規模の人間によるキュレーションリポジトリであるCAS Content Collection^TMのデータを調査し、ART（生殖補助医療）における研究の進展を概観しました。2000年以降の論文数の増加は、これらの技術革新に対する研究および商業的な関心の高まりを裏付けており、ART関連の論文数は過去20年間で3倍に増加しています（図1を参照）。

生殖補助医療の現状

不妊症を克服するための取り組みには長い歴史があり、1790年の人工授精の最初の記録にまで遡ります。ヒト卵子の体外受精による最初の妊娠は1973年に達成されましたが、流産という結果に終わりました。1978年に初の体外受精（IVF）による妊娠と出産が成功し、1980年代までにはIVFは主流の治療法となりました。

これまでに800万人以上の赤ちゃんがIVFによって誕生しており、現在、ARTの手法は世界中で生殖医療の確立された一部となっています。最も一般的な従来の手法には以下が含まれます。

• IVF（体外受精）は、世界中で数百万人の出産を可能にしてきた不妊治療の要です。IVFには、複数の卵子を採取するための排卵誘発剤を用いた卵巣刺激、軽微な外科手術による成熟卵子の採取、実験室での精子による受精、そして得られた胚の子宮への移植が含まれます。現在では臨床現場に完全に統合されており、卵管性不妊症、子宮内膜症、男性不妊症、原因不明の不妊症に対して成功を収めています。成功率は年齢によって異なり、35歳未満の女性で最も高い成功率（1サイクルあたり30〜40%）を示します。 CAS Content Collectionの分析によると、ART関連文書の中でIVFが最大の割合を占めていることがわかりました（図2を参照）。‍
• 人工授精は、受精と妊娠を促進するために精子を女性の生殖器内に注入する医療処置です。精液を採取・洗浄・濃縮して健康な精子を分離し、排卵時に子宮内（子宮内人工授精：IUI）または子宮頸管内（頸管内人工授精：ICI）に直接注入します。主に軽度の男性不妊症、原因不明の不妊症、または頸管粘液の問題がある場合に適用されます。IVFよりも簡便で侵襲性が低いのが特徴です。成功率は年齢や精子の質などの要因によりますが、通常1サイクルあたり10〜20%です。
• ‍配偶子卵管内移植（GIFT）は、卵子と精子を直接卵管内に戻すことで妊娠を支援する手法です。 卵子と精子を採取して混合した後、腹腔鏡を用いて卵管内に戻すことで、体内で自然に受精が行われるようにします。この手法は、IVFの進歩により現在ではあまり行われなくなっています。‍
• 受精卵卵管内移植（ZIFT）はIVFと同様の手順ですが、受精卵（接合子）を子宮ではなく卵管内に移植します。卵管が健康な不妊患者に適用されます。IVFとGIFTの利点を組み合わせたものですが、現在ではあまり一般的ではありません。‍
• 凍結保存（妊孕性温存）は、卵子、精子、胚などの生殖細胞を凍結・保管し、将来使用できるようにする技術です。現在、胚や精子の凍結保存は日常的な処置となっており、卵子の凍結保存も普及しつつあります。化学療法や放射線療法を受けるがん患者の妊孕性温存、IVFで余剰となった胚の保存、あるいは個人的または職業的な理由で出産を先延ばしにする人々のために利用されています。‍
• 卵子提供および精子提供は、自力で健康な卵子や精子を作ることができない人々が子供を持つ助けとなります。第三者から提供された卵子や精子を、IVFや人工授精などのART処置に使用して妊娠を目指します。この方法は、高齢の女性、同性カップル、シングルペアレントなどに広く利用されています。‍
• 代理出産は、他者やカップルのために、彼らの胚（妊娠代理出産）または代理母自身の卵子（伝統的代理出産）を用いて女性が妊娠・出産する手法です。伝統的代理出産では、代理母の卵子を（IUIまたはIVFで）受精させるため代理母が生物学上の母親となりますが、妊娠代理出産では、依頼者のカップルやドナーの卵子と精子を用いてIVFで作られた胚を代理母が運ぶため、代理母と子供の間に遺伝的なつながりはありません。

最も急速に成長しているART手法：AIと体外配偶子形成

従来のART手法は画期的なものでしたが、高額な費用、身体的・精神的ストレス、健康リスク、倫理的・法的問題など、多くの課題を抱えています。新たな技術革新は不妊に悩む人々に大きな希望をもたらしており、CAS Content Collectionの分析によると、ARTにおけるAIの活用と体外配偶子形成（IVG）が、過去3年間（2022〜2024年）で最も急速に成長している新しい手法であることが示されています（図3を参照）。

ARTにおけるAI

AIアルゴリズムは胚の選別において、胚の画像を解析し、その品質と着床成功の可能性を評価します。これらのアルゴリズムは以下を活用しています。

• タイムラプスイメージング：AIが胚の発育を継続的に監視し、形態、細胞分裂のパターン、動態などの要因を評価します。‍
• 形態動態データ：アルゴリズムが人間の目には見えない微細な特徴を特定し、胚が生存可能な妊娠へと発育する可能性を予測します。

AIは、精子の選別においても役立っています。具体的には、運動性が高く形態的に正常な精子を特定し、DNA断片化レベルを評価するDNA完全性チェックを行うことで、最も健康な精子を選別します。

機械学習モデルは複数のデータポイントを分析し、IVF（体外受精）の成功率を予測します。これには、患者の既往歴（年齢、ホルモン値、生活習慣）、臨床データ（卵巣予備能マーカー、子宮内膜受容能）、胚の品質指標などが含まれます。AIは、患者個々の反応に基づいて投薬量を最適化し、卵巣刺激プロトコルを最適化するとともに、卵巣の反応を予測することで、卵巣過剰刺激症候群（OHSS）のリスクを低減します。 採卵や胚移植といった臨床介入の最適なタイミングを特定することは、ART（生殖補助医療）サイクルの成功に不可欠であり、AI駆動型モデルによって顕著な改善が見られています。

分析の結果、AIを活用したイノベーションに関連する特許が増加していることが明らかになりました。例えば、2025年にコーネル大学に割り当てられた特許では、機械学習やディープラーニングを用いて胚の倍数性を分析・予測する技術が示されています。また、Univfy社も最近、患者のIVF失敗や中間的な治療結果の確率を評価するコンピュータ支援手法の特許を取得しました。

AIによる自動化 は、ARTラボのプロセスを効率化します。これには、インキュベーター環境の監視・制御、胚評価の標準化による人為的ミスの最小化、凍結保存プロトコルの管理などが含まれます。クリニックや研究から得られた大規模データセットを活用してARTの成功に影響を与える傾向や要因を特定することで、AIは患者や胚のデータからパターンを認識し、治療プロトコルを改善することができます。 このように、ARTにおけるAIの活用範囲は広く、多くの患者にとって治療成績の向上が期待されます。

ARTにおけるIVG

IVG（生体外配偶子形成）は、皮膚や血液などの体細胞から精子や卵子を作成することを可能にする実験的な技術です。IVGでは、胚性幹細胞（ESC）や人工多能性幹細胞（iPSC）といった多能性幹細胞（PSC）を配偶子へと分化させます。このプロセスは、始原生殖細胞が複雑な分子・細胞経路を経て成熟した配偶子へと発達する、自然な配偶子形成の過程を模倣するものです。この技術が注目されている理由は、自力で生存可能な卵子や精子を作ることができない人々に配偶子を提供できる可能性があるためです。

研究者らはマウスなどの動物モデルにおいて機能的な配偶子の作成に成功し、健康な子孫を得ることに成功しています。しかし、ヒトの配偶子形成の複雑さや重要な倫理的懸念があるため、この技術をヒトに応用する取り組みは現在も進行中です。2024年には、京都大学の研究チームが人工多能性幹細胞（iPSC）からヒト配偶子の前駆細胞を作成しましたが、この技術が広く利用されるまでには、依然として大きなハードルが残されています。

IVGにおける近年の飛躍的な進歩にもかかわらず、倫理的な懸念は残されています。特に、多数の胚を作成し廃棄することになる胚の作成と操作については、実装前に解決しなければなりません。また、臨床応用には、安全性と有効性に関する広範な検証が不可欠です。

商業的に最も関心が高い手法：幹細胞療法と遺伝子編集

図3の下部にある円グラフに見られるように、遺伝子編集と幹細胞療法は全文書の中で最も高い特許占有率（それぞれ13%と10%）を占めており、これは商業的な関心の高さを示しています。

幹細胞療法

幹細胞は、胚性幹細胞や人工多能性幹細胞のように生殖細胞へと分化して卵子や精子を形成できるほか、組織の修復や細胞機能を高めるパラクリン因子を分泌したり、生殖組織に組み込まれて構造的・機能的な回復に寄与したりすることが可能です。

ARTにおける幹細胞療法の応用は、数多くのブレイクスルーをもたらす可能性があります。

• 加齢に伴う卵巣予備能の低下は、不妊症の大きな原因です。間葉系幹細胞および骨髄由来幹細胞は、卵巣組織の再生、卵胞形成の改善、およびホルモンバランスの回復において有望視されています。
• Stem cell transplantation has demonstrated potential in restoring spermatogenesis in individuals with azoospermia or other forms of male infertility. Spermatogonial stem cells (SSCs) can be harvested, cultured, and reintroduced into the testes to reinitiate sperm production.  
• アッシャーマン症候群や子宮内膜菲薄化といった疾患は、妊娠成立に向けた大きな課題です。子宮内膜幹細胞（ESC）や間葉系幹細胞（MSC）を用いて、子宮内膜の受容能を再生・向上させる研究が進められています。
• 前述の通り、IVGを通じて多能性幹細胞から配偶子（卵子および精子）を誘導することは、生物学的な親になるための新たな可能性を切り拓きます。

ARTで使用される様々な幹細胞の種類を表1にまとめました。

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表1： 生殖補助医療（ART）における幹細胞の種類

遺伝子編集

生殖補助医療（ART）における遺伝子編集は、遺伝性疾患の低減、胚選別の改善、そして生殖成功率の向上をもたらす可能性を秘めています。嚢胞性線維症、鎌状赤血球症、ハンチントン病といった遺伝性疾患に関連する胚の変異を修正し、次世代への伝播を防ぐことが可能です。また、ARTにおける遺伝子編集のもう一つの応用として、胚選別の高度化が挙げられます。遺伝子スクリーニングと編集を組み合わせることで、着床および発育の可能性が最も高い胚を選択し、胚の質を向上させることができます。さらに、遺伝子編集は、不妊の原因となる遺伝的要因（染色体異常や配偶子機能に影響を及ぼす変異など）の特定と修正を行うことで、不妊治療の一助ともなり得ます。

CRISPR-Cas9システムは、遺伝子編集において最も注目されているツールです。特定のDNA配列を標的とすることで、遺伝子の追加、削除、改変が可能であり、体外受精（IVF）で作成された胚における遺伝性疾患への対処において極めて有用な技術となっています。

しかし、この技術は「デザイナーベビー」を生み出す可能性や、予期せぬ結果を招く懸念から議論を呼んでいます。現在、ヒトに対する遺伝子編集、特に卵子、精子、胚に影響を及ぼし次世代に受け継がれる可能性のある生殖細胞系列の編集は、こうした懸念から多くの国で厳しく制限または禁止されています。

近年、この分野ではいくつかの重要な特許が取得されています。例えば、藤田医科大学は2024年に、不妊治療を目的として非コードRNAを用いた胚の染色体異数性を検査する方法の特許を取得しました。このプロセスでは、体外で培養された胚を検査し、機械学習を用いて細胞外RNAプロファイルを生成することで、染色体異数性の有無を判定します。

生殖補助医療（ART）におけるその他の新たな手法

CASコンテンツコレクションの分析により、生殖補助医療（ART）において注目を集めているその他の新たな手法がいくつか明らかになりました。

遺伝子スクリーニング

生殖補助医療（ART）における最も重要なトレンドの一つは、高度な遺伝子スクリーニング技術の統合です。着床前診断（PGT）はますます洗練されており、着床前に胚の染色体異常や単一遺伝子疾患を検出することが可能になっています。

• PGT-A（異数性スクリーニング）技術は、着床不全や流産の主な原因となる染色体異常をスクリーニングします。次世代シーケンシング（NGS）の進歩により、PGT-Aの精度と効率が向上し、体外受精（IVF）サイクルの成功率が高まっています。‍
• PGT-M（単一遺伝子疾患診断）は、特定の遺伝子変異を持つ胚を特定するために使用され、遺伝性疾患を持つカップルが健康な子供を授かることを可能にします。CRISPR-Cas9をはじめとする遺伝子編集ツールの開発により、胚の段階で遺伝的欠陥を修正する可能性がさらに高まりました。‍
• PGT-SR（構造異常診断）は、染色体の転座や逆位を持つ個人のために設計されており、染色体構造が均衡している胚を特定するのに役立ちます。

これらの進歩は、妊娠成功の可能性を高めるだけでなく、遺伝性疾患が次世代に受け継がれるリスクを低減し、生殖医療におけるよりパーソナライズされたアプローチを提供します。

ミトコンドリア置換療法

ミトコンドリア置換療法（MRT）は、ミトコンドリアドナーによる提供とも呼ばれ、母親から子へのミトコンドリアDNA（mtDNA）疾患の遺伝を防ぐことを目的とした技術です。この手法では、卵子や胚に含まれる欠陥のあるミトコンドリアを、ドナーから提供された健康なミトコンドリアと置き換えます。

MRTは、母親、父親、そしてミトコンドリアドナーという3人の遺伝情報を持つ胚を作成するために用いられてきました（いわゆる「3人の親を持つ赤ちゃん」）。MRTは、遺伝子改変や将来の世代への長期的な影響に関する倫理的な懸念を提起しています。しかし、この処置は、遺伝的なつながりのある子供を望むミトコンドリア疾患を持つ女性にとって有益なものです。この技術は現在、国によって規制のあり方が異なり、厳格なガイドラインの下で利用を許可している国もあれば、禁止している国もあります。

表2に示すように、MRTと遺伝子編集にはいくつかの重要な違いがあります：

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卵細胞質内精子注入法（ICSI）

ICSI（卵細胞質内精子注入法）は、顕微授精ツールを用いて成熟した卵子の細胞質に生きた精子を直接注入するART（生殖補助医療）技術です。受精卵はその後、体外受精（IVF）と同様の手順で培養され、移植されます。これはIVFをより精密にした手法であり、精子数減少、運動率低下、形態異常といった精子に起因する男性不妊や、過去のIVFで受精に至らなかった症例に対して、最も一般的かつ有効な治療法です。成功率はIVFと同等ですが、ICSIは男性不妊症例において受精率を大幅に向上させることが可能です。

胚培養システムの改善

胚培養システムを改善する方法は多岐にわたります。その一つに、胚にとってより良い微小環境を作り出す新しい培養プラットフォームの設計があります。また、酸化ストレスを軽減し胚盤胞への発育を促進する抗酸化物質を配合した新しい培養液の研究や、静的な培養ではなく動的な培養液の流れを利用する灌流ベースのシステムの開発も進められています。

また、タイムラプスイメージングの進歩や最適化された培養液の使用により、胚の発育を継続的に観察できるようになりました。これにより、移植に適した胚の選別精度が向上し、着床率の改善につながっています。

凍結保存技術の強化

ARTにおける凍結保存技術は、いくつかの面で進歩しています。その一つがガラス化保存法です。これは急速凍結により氷結晶の形成を防ぐ手法で、凍結した配偶子や胚の生存率を向上させます。研究者らは、より最適化された凍結保護剤の開発も進めています。例えば、液体窒素に直接浸すのではなく、窒素の気相中で組織を保管するベーパータンクを使用することで、凍結した卵子、精子、胚の生存率が向上しています。

妊孕性温存の革新

卵巣組織凍結保存や人工卵巣の開発といった技術が進歩しており、妊孕性に影響を及ぼす治療を控えている方々の助けとなっています。卵巣若返り技術は、卵巣予備能の低下や早発卵巣不全の女性を対象に、卵巣を刺激して新たな卵子を産生させるために用いられます。これには、組織修復と卵子産生を促すために多血小板血漿（PRP）を卵巣に注入する方法や、幹細胞を用いて卵巣組織を再生させる方法が含まれます。この技術はまだ実験段階であり、初期の研究では結果が分かれています。

非侵襲的および自動化技術

胚を人の手で扱うことなく継続的に観察できるタイムラプスイメージングは、胚の選別精度を高め、胚へのストレスを軽減します。また、受精や胚移植といったプロセスの効率と一貫性を高めるため、自動化されたIVFシステムが研究室に導入されつつあります。さらに、侵襲的な生検ではなく培養液を用いるなど、胚の遺伝的健康状態を評価するための非侵襲的な遺伝学的検査手法も開発されており、リスクの最小化が図られています。

人工子宮

外生殖、すなわち人工子宮技術に関する研究は、人体外での胚の発育を支援することを目的としています。この技術は、医学的または解剖学的な理由で妊娠が困難な方々に解決策を提供し、超未熟児のケアを支援することで新生児医療を前進させるものです。

動物モデルを用いたART研究

多くのART手法には倫理的・法的な懸念が伴うため、研究者はこれらの技術を開発・最適化する上で動物モデルに頼らざるを得ません。動物モデルは、人間との生物学的・生理学的な類似性や、種特有の生殖プロセスを研究する役割を担っているため、ART研究において不可欠です。さらに、生殖メカニズムの研究、新技術の試験、ART介入の安全性と有効性を評価するための管理された環境を提供します。

ART研究で一般的に用いられる動物モデルは以下の通りです。

• げっ歯類（マウスやラット）：繁殖サイクルが短く、遺伝子操作が容易で、コストが低いため。‍
• 家畜（ウシ、ヒツジ、ヤギ）：農業効率の向上に寄与するほか、絶滅危惧種に応用することで野生生物の保護にも役立ちます。‍
• 非ヒト霊長類：生殖生物学において人間に最も近いモデルであるため。‍
• ゼブラフィッシュ：体外受精が可能で胚が透明であることから、初期胚発生の研究において独自のモデルとなります。‍
• 野生生物モデル：遺伝的多様性の向上や個体群の回復を促進し、世界的な保護活動を支援します。

動物モデルは、ヒトへの応用における安全性と有効性を確保するための架け橋として、生殖補助医療（ART）研究において依然として不可欠な存在です。表3では、動物モデルとヒトで用いられる技術を比較しています：

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課題と倫理的配慮

生殖補助医療（ART）の手法は大きな可能性を秘めている一方で、特有の課題や倫理的な懸念も伴います。多くの処置において長期的な影響が未解明であるため、安全性についても慎重な検討が必要です。その結果、これらの技術革新を導入するにあたっては、以下のような多くの懸念事項が存在します。

• 胚に関する倫理：必要以上の胚を作成することは、未使用の胚をどう扱うかという懸念を生じさせます。 胚の廃棄を倫理的に問題視する声もあります。‍
• 親と子の権利：卵子・精子提供者や代理母の利用は、親としての権利や、子供が自身の遺伝的出自を知る権利に関して、法的ならびに感情的な複雑さを伴います。 亡くなった方の配偶子や胚を使用することは、同意の問題や、生まれてくる子供の福祉に関する疑問を投げかけます。 社会的な偏見や法的な障壁が、同性カップルや独身者がARTを利用する際の妨げとなる可能性があります。‍
• 法規制上の課題：ARTに関する慣行や法律は国によって異なり、倫理的な不整合が生じています。ART規制が緩やかな国へ渡航して法の抜け穴を利用するケースもあり、倫理的な監視や法執行を困難にしています。また、 ARTにおけるAIや遺伝データの利用は、患者のプライバシー保護や機密情報の悪用に関する懸念も引き起こしています。

おそらく最も複雑な問題は、遺伝学および技術倫理を取り巻くものです。ARTで用いられるCRISPRのような技術は、予期せぬ結果、遺伝的変化の継承、そしてヒトの遺伝子改変が社会に与える影響について懸念を生じさせています。実際、生殖細胞に加えられた変化は次世代に受け継がれるため、将来の世代に影響を及ぼします。将来の世代はこれらの改変に同意することができないため、倫理的な問いが生じるのです。 　

遺伝子編集が非治療的な増強（知能、外見、運動能力の選別など）に利用され、社会的不平等や優生学的な慣行につながるのではないかという懸念があります。また、ヒトのDNAを改変することは「神の領域を侵す行為」である、あるいは自然の摂理に反すると主張するグループも存在します。

ARTの技術革新を臨床現場で広く活用するためには、安全性の懸念にも対処しなければなりません。ここでも、長期的な影響やオフターゲット効果に関する十分なデータがないことから、遺伝子編集に対する懸念が示されています。意図しない突然変異は、本人や将来の世代に深刻な影響を及ぼす可能性があるため、臨床応用前に長期的な影響を完全に理解することが不可欠です。CRISPRのような精密な遺伝子編集ツールであっても、ゲノム内の意図しない場所を編集してしまう「オフターゲット効果」が発生することがあり、これが予期せぬ健康上の合併症につながる恐れがあります。

規制当局は科学コミュニティと連携し、遺伝子編集技術の安全かつ倫理的な利用に向けた枠組みの構築に取り組んでいます。遺伝子編集がもたらす倫理的、法的、社会的な影響に関する議論に一般市民を巻き込む必要性が高まっています。世界保健機関（WHO）はヒト遺伝子編集研究の国際登録制度とより厳格な監視を求めており、ユネスコの国際生命倫理委員会は生殖細胞編集の一時停止を勧告しています。

ARTに関する規則は国によって異なります。例えば、英国では2023年に鎌状赤血球症やベータサラセミアといった血液疾患の治療を目的としたCRISPRベースの治療法が承認され、体細胞遺伝子編集において大きな前進となりました。米国では生殖細胞編集は禁止されていませんが厳しく制限されており、欧州諸国やオーストラリアを含む他の多くの国では、この行為は禁止されています。

ARTの未来

ARTにおける新たな技術は生殖医療の限界を押し広げ、不妊に悩む人々に希望を与える一方で、深遠な倫理的・社会的問いを投げかけています。AIを活用した胚選別から体外配偶子形成、そして遺伝子編集に至るまで、これらの進歩は親になることの定義を塗り替えようとしています。

しかし、これらの技術革新を臨床現場へ移行するには、公平かつ責任ある利用を確保するために、安全性、アクセシビリティ、倫理的影響を慎重に検討する必要があります。ARTの技術革新が動物モデルで成功すると、小規模で慎重に監視された研究から始まり、ヒトを対象とした臨床試験へと進みます。タイムラプス撮影やAIによる胚選別といった技術革新は、いずれも厳格な検証を経て、理論や動物実験の段階からヒトへの応用へと移行してきました。

ARTを取り巻く問題は複雑であり、これらの画期的な技術を臨床現場でより広く活用できるようになるまでには、科学的に解明すべきことがまだ多く残されています。しかし、本分析が示すように、生殖技術への革新的なアプローチは希望の光であり、科学の創意工夫の証でもあります。