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心筋細胞・骨格筋細胞 電気刺激培養システム(C-Paceシステム)

​アプリケーション

心臓組織・骨格筋・幹細胞・細胞株・心臓線維芽細胞・神経線維芽細胞・骨芽細胞

 Ionoptixが培養細胞に持続的電気刺激を可能にするC-Paceシステムを開発してから5年以上になります。 C-Paceの導入以来、多くの研究者は、異なる細胞型に対して、C-Paceの幅広い用途を見出してきました。 ここでは、培養細胞の持続的電気刺激の歴史、それが使用されているアプリケーション、および関連する論文の引用について簡単に説明します。

​HISTORY

 私たちは、いくつかの心臓研究グループからの要請を受けて、培養細胞への持続的電気刺激のための装置の開発に着手しました。 Ralph KellyとThomas Smithのグループによる論文(Berger, et al. 1994)は、培養中の生体の心筋細胞に電気刺激することの利点を示しました。培養中の筋細胞の機械的活動により、収縮特性を維持しながら表現型を維持することができました。このモデルは、George Cooper と Paul McDermottのグループによって、作成されました。彼らは、継続的電気刺激が表現型の維持を可能にしただけでなく(Kato, et al. 1995)、タンパク質合成の強化も可能にしました(Ivester, Kent, et al.1993)(Ivester, Tuxworth, et al.1995)。

 彼らの研究とアイデアに基づいて、市販のマルチチャネル電気刺激装置を開発することとなりました。

心筋細胞:成体・新生児・胚・細胞株

 C-Paceの初期のユーザーは、筋細胞培養のための電気刺激の有用性を確認しました。

 例えば、興奮収縮性連関を研究する能力を維持しながら、アデノウイルス・トランスフェクションを使用してタンパク質の発現を可能にする、安定した初代培養を確立するために使用できます(Mills, et al. 2006)(Ahlers 2005)。

 細胞への持続的電気刺激は、シグナル伝達経路を有利に変化させますが、細胞の一部をアポトーシスの素因とする可能性もあります(Kuramochi, Guo, et al. 2006)(Kuramochi, Lim, et al. 2004)。培養皿の表面が問題を引き起こす可能性もあります。将来の開発は、生理学的条件をよりよく模倣するための柔軟な基板の使用になる可能性があります。

 持続的刺激とは別に、このシステムは培養細胞の短期的な大量刺激にも使用され、さまざまな効果を得ております。例えば、カルモジュリンキナーゼ(W. Thiel, et al. 2008)、または細胞質から核への転写因子(Schroder, Byse, Satin 2009)の移行を達成することです。別のレポートでは、ウイルス・トランスフェクション中の持続的電気刺激がトランスフェクション効率を高めることを示しています(Rana, et al. 2008)。 電気刺激により機械的活動を増やすと、筋細胞の代謝が上昇します。大量の細胞のフィールド刺激は、筋細胞代謝の研究において有用なツールであることが示されています(Luiken, et al. 2001)。

 その他の興味深い研究では、頻脈を模倣するためにC-Paceシステムが使用されました。Brundelらは、誘発された頻脈に対するHL1細胞株のストレス応答を調べました(Brundel, Henning, et al. 2006)(Brundel, Shiroshita-Takeshita, et al. 2006)。

 S. Nattelのグループは非常にエレガントな研究を発表しており、培養イヌ筋細胞の電気的改造を24時間にわたって高周波ペーシングで行っています(Qi, et al. 2008)。これは、ペーシングがL型カルシウム・チャネルを活性化して細胞内カルシウムレベルを上昇させることにより、初期効果を発揮することを示すいくつかの研究の1つです。 L型カルシウムチャネルは、成体の心臓細胞におけるカルシウムの恒常性にとって明らかに重要ですが、非興奮性細胞にも大きな効果をもたらすため、電気刺激を使用できることも示唆しています(以下を参照)。

心原性線維芽細胞・幹細胞・骨髄細胞

 Genoveseのグループの研究は、幹細胞分化のための電気刺激の効果を示し、電気刺激が筋肉の表現型に強力な影響を与える理由の手がかりを提供します。

 グループは、最初の研究で、電気刺激が幹細胞または線維芽細胞の心臓へのプレコミットメントを誘発できることを示しました(J. Genovese, et al. 2008)。それは「筋肉の発達、分化および再生における主要なモジュレーターであると考えられている」フォリスタチンのアップレギュレーションによって示されます(J. Genovese, et al. 2009)。

骨格筋

 C-Paceは骨格筋細胞サンプル用に使用されています。 C2C12細胞株を使用して、いくつかの論文が発表されました。

 電気刺激を使用して、完全に分化していない筋管に、新たにサルコメア形成を誘導することができます(Fujita, Nedachi, Kanzaki 2007)。あるいは、完全に分化した筋管では、刺激を使用して、運動時に無傷の筋肉で見られる信号プログラムに似た肥大反応を達成することができます (Nedachi, Fujita and Kanzaki, American Journal of Physiology- Endocrinology And Metabolism 2008)(Nedachi, Hatakeyama, et al. 2009)。

その他の用途:神経細胞・骨芽細胞

 多くの種類の細胞には、電気に敏感なチャネルが含まれているため、持続的電気刺激の潜在的な効果は、ほぼ無限です。神経線維芽細胞では、電気刺激を使用して、胚性幹細胞の神経学的表現型への分化を調節することができます(Yamada, et al. 2007)。 C-Paceシステムは、L型カルシウムチャネルを活性化することによってNMDA受容体の発現を誘導するために神経線維芽細胞で使用されています(Okutsu, et al. 2008)。

 その他の用途では、骨芽細胞の培養であり、低レベルの電流が人工表面への付着を助け、骨芽細胞の増殖を促進します(Ercan and Webster 2008)。

FUTURE

 C-Paceシステムの用途は、多くの異なるタイプの実験に適用されるため、拡張されていく可能性があります。  私たちは継続的な研究と新しい用途をサポートするために、C-PaceとC-Dishデザインの改善し続けるよう努めます。 この装置はサイエンス研究と緊密に協力して開発されたものであり、お客様のニーズに応じて設計を改善できるように、コミュニケーションを維持するよう努めます。

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