ヒト心臓への作用を評価する創薬のための培養系プラットフォーム~人工心臓組織デバイスを低吸着素材に変えて精度向上~

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2025-06-05 京都大学iPS細胞研究所

京都大学iPS細胞研究所(CiRA)の吉田善紀准教授らの研究チームは、薬剤評価の精度を向上させる新たな人工心臓組織(EHT)デバイスを開発しました。従来のデバイス素材であるPDMSは薬剤を吸着しやすく、評価結果に影響を与える可能性がありました。本研究では、薬剤の吸着が少ないポリスチレン製のデバイスを採用し、心筋の収縮力を自動解析するプログラムも構築しました。これにより、心毒性を持つドキソルビシンの低濃度でも収縮力の低下を高精度に検出できるようになりました。この成果は、in vitroでの心機能評価の信頼性を高め、創薬や心毒性試験への応用が期待されます。研究結果は2025年5月30日付で『Lab on a Chip』誌に掲載されました。

ヒト心臓への作用を評価する創薬のための培養系プラットフォーム~人工心臓組織デバイスを低吸着素材に変えて精度向上~図1:ポリスチレンの薬剤収着の評価とデバイス開発
A:PDMSとポリスチレン(PS)に対する化合物(Rohodamine B)の収着を測定した。
B:ポリスチレン(PS)を用いて開発したデバイス。
C:開発したデバイスを用いてEHTの形状を維持できた経時的な成功確率。

<関連情報>

ポリスチレンフィルムを用いた人工心臓組織用デバイスにより、収縮特性に対する薬物応答の正確な解析が可能になる A polystyrene-film-based device for engineered cardiac tissues enables accurate analysis of drug responses on contractile properties

Yuya Fujiwara,Masako Sasaki,Sohei Funaoka,Takuro Yoshikuni,Yuki Naka,Kazumi Ida,Taichi Aihara,Shunsuke Funakoshi,Kenichi Imahashi and  Yoshinori Yoshida
Lab on a Chip  Published:30 May 2025
DOI:https://doi.org/10.1039/D4LC00691G

Abstract

Engineered heart tissues (EHTs) using human induced pluripotent stem cells provide a valuable in vitro platform for assessing pharmacological and toxicological effects on cardiac functions. EHT devices offer a feasible approach to readily evaluate drug responses on contractile properties, including contractile force and relaxation, by measuring the moving distance of pillars attached to EHTs. However, the absorption of small molecule compounds by polydimethylsiloxane (PDMS), the material commonly used to construct EHT devices, hinders the accurate evaluation of the pharmacodynamic properties of drug candidates on contractility. Here, we developed a low-absorption EHT device using polystyrene (PS) to address this issue. Moreover, we generated an original Python-based analysis program to avoid analytical bias when tracking pillar positions and analyzing the contractile waveform drawn from EHT movements. This analytical platform enables the detection of increased contractile force during EHT maturation and the negative inotropic effects of diltiazem and blebbistatin on EHT contractile functions. Moreover, EHTs with PS-based devices suppressed the absorption of a cardiotoxic drug, doxorubicin, thus allowing the detection of cardiotoxic effects even at low concentrations compared to EHTs grown on PDMS-based devices. Together, our EHT system represents a useful in vitro platform for accurate evaluations of drug responses by the human heart.

医療・健康
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