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iPS心筋細胞 収縮性・伸張性測定システム
サイトモーション（CytoMotion）

iPS心筋細胞の収縮性・伸張性測定

　ヒト人工多能性幹細胞（hiPSC）およびヒト胚性幹細胞（hESC）由来の心筋細胞は、その表現型が不定形であり、アダルト心筋細胞と比較してコントラストが低いため、収縮性の動態を把握することは特に困難ですが、IonOptixが新しく開発した CytoMotionソフトウェアにより、以下の重要なパラメータのリアルタイムでの分析を可能にします。

  • 最大収縮速度

  • 最大収縮速度までの時間

  • 収縮時間（パーセントピークまでの時間）

  • 最大弛緩速度

  • 最大弛緩速度までの時間

  • 弛緩／伸張時間（ベースラインの割合までの時間）

  • 拍動頻度とその変化（CytoSolverによる解析が必要です）

iPS心筋細胞 収縮測定システム CytoMotion 画像データ
iPS心筋細胞 収縮測定システム Cytomotion-acquisition
iPS心筋細胞 収縮測定システム CytoMotion 画像データ グラフ

　CytoMotionは下記のパッケージ（CyoMotion Lite）で独立したシステムとして使用もできますが、既存のIonOptix  MyoCyteシステム（単離心筋細胞収縮・Ca測定システム） や MultiCell システム（全自動システム）へアドオンして使用することもできます。その場合は、CytoMotionソフトウエアだけの追加で、ご使用頂けます。

  • IonWizard／基本ソフトウエア

  • CytoMotion／サイトモーション・ソフトウエア

  • CytoCam／サイトモーション用カメラ

  • CytoSolver／バッチ解析用ソフト（1年間ライセンス契約）※オプション

CytoMotion Lite​

​画像準備中

　MyoCyteシステム（単離心筋細胞収縮・Ca測定システム） や MultiCell システム（全自動システム）をお持ちの場合は、下記を追加するだけで、CytoMotionをお試し頂けます。（MyoCam-SはそのままCytoMotionに使えます。）

  • CytoMotion／サイトモーション・ソフトウエア

  • CytoSolver／バッチ解析用ソフト（1年間ライセンス契約）※オプション

単離心筋細胞　収縮・カルシウム測定システム

iPS心筋細胞の収縮性・伸張性測定システムの特徴

  • 高速データ収集（1000Hz、一般的なサンプリングレートは200-250Hz)

  • リアルタイムのデータ収集

  • 高い空間分解能（2.4メガピクセルカメラセンサー）

  • 統合されたターンキーシステム

  • 収縮性の直接測定

  • ラベル不要の運動検出

  • MultiCellでの自動リファレンスフレーム取得

  • シンプルでユーザーフレンドリーなソフトウェア

iPS心筋細胞の収縮性・伸張性測定システムのメリット

  1. 精度：高い時間・空間分解能とシンプルで堅牢なアルゴリズムにより、ルシトロピーを含む動力学的変化と不整脈原性の特性をよりよく把握することができます。

  2. 簡便性：必要なコンポーネントがすべて揃ったシステムでコントラスト検出が簡単に使用できるため、すべての実験からより多くの成果を得ることができます。

  3. 信頼性：ラベルフリー測定は人工的な要因の少なさを意味し、すべてのシステムは知識豊富な科学者チームによってサポートされています。

​使用論文一覧

※ MyoCyteシステムによる

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iPS心筋細胞 収縮性・伸張性測定システム
サイトモーション（CytoMotion）開発の背景

この10年間、ヒト胚性幹細胞（hESC）と同様に、ヒト人工多能性幹細胞（hiPSC）が、従来のアプローチを補完するモデルシステムとして浮上してきました。これらの細胞は、典型的な成体心室心筋細胞よりも重要な利点を有しており、その中でも最も重要なのは、ヒトの遺伝的背景を有していることです。しかし、その反面、成熟度が低く、非晶質で、コントラストに乏しいという欠点があります。そこで、洗練された構造と正確な特徴を持たない未成熟な細胞から収縮性データを取得するために、コントラストベースのアルゴリズムであるCytoMotionを開発しました。

hiPSC-CMにおける機能の正確な分析・測定に関する市場は拡大しています。IonOptix社はこの分野をリードしており、正確で高速なリアルタイム収縮運動測定で知られています。
IonOptix社は、1990年代初頭から収縮運動の精密かつ高速なリアルタイム測定で知られており、細胞長データのエッジ検出アルゴリズムで知られています。hiPSC-CMの収縮パラメータの特性評価に対する需要の高まりに応えるため、ピクセル強度の時間的変動に依存する2つのアプローチをCytoMotionに実装しています。
このアルゴリズムは、標準的なカルシウム・収縮率とMultiCellシステムの両方で行われた測定で機能します。

iPS心筋細胞 収縮性・伸張性測定システム開発の科学的背景

iPS細胞（人工多能性幹細胞）は、脱分化した成人の細胞（再プログラムされた皮膚線維芽細胞、血液単核細胞など）から誘導された細胞です。これは、細胞が正常なヒトの組織から得られるため、細胞にヒトの遺伝的背景を与えるという点で重要です。いったん脱分化した細胞は、「心筋細胞」、すなわちヒト人工多能性幹細胞心筋細胞またはhiPSC-CMになるようプログラムすることができます。成体ラットやマウスのCMなどの他のモデル系は、ヒトの生理機能への移行がうまくいきません。（推定値は様々ですが、マウスで有効な薬剤の80-85%がヒトでは無効で、動物実験の安全性を確認した薬剤の30%以上がヒト試験で毒性を示したという報告もあります）動物モデル系とヒト心筋細胞との重要な違いは、膜再分極を担う急速活性化遅延整流カリウムチャネル（IKr）の孔形成サブユニットであるヒトエーテルアゴーゴ関連遺伝子（hERG）の発現にあります。hERGの発現やIKr活性の障害は、一般的に不整脈を引き起こすため、心毒性研究において重要です。ヒトの遺伝的背景を持つhiPSC-CMは、モデルシステムとして以下のような長期的な可能性を持っています。

  • ヒトの心臓機能および病態生理のモデル化（疾患および傷害による） 

  • 創薬（心臓疾患の治療）

  • 医薬品の毒性を臨床試験前に評価する（候補薬品が正常な心機能を阻害する可能性があるかどうか）。

  • 組織再生と生体移植（少し楽観的ですが、長期的な目標のひとつは、宿主の拒絶反応を起こさずに損傷した組織を置き換えるための組織工学です。

hiPSC-CMの使用は有望ですが、信頼性が高く再現性のある機能データの取得を困難にするいくつかの制限があり、標準的なエッジ検出機能を備えたカルシウムおよび収縮システムの使用による特性評価が制限されています。

  • 未熟

    • - 成体CMに見られるような棒状の形態がない。

    • - 原始的なE-Cカップリング（常に刺激することができない）。

  • 非一貫性

    • - 同じソースの細胞を使用しても、ラボによって形態や表現型が異なる。

  • コントラストが弱い

    • - 成体CMと異なり、hiPSC-CMは単層と呼ばれる2次元の層で培養されることが多く、細胞同士が機械的に接着し、ギャップジャンクション結合しているため、細胞周囲のコントラストが不明瞭になる。

    • - hiPSC-CMは、通常、単離されたばかりの初代心筋細胞よりもはるかに小さい。このため、X軸とY軸方向には問題がないが、Z軸方向には深さがないため、コントラストが低下する。

このような困難な細胞における収縮性の測定を容易にするために、hiPSC-CMの収縮性を取得するためのコントラストベースのツール群を開発し、以下の重要なパラメータの解析を可能にしました。

  • 最大収縮速度

  • 最大収縮速度までの時間

  • 短縮時間（%ピークまでの時間）

  • 最大復帰速度

  • 最大復帰速度までの時間

  • 弛緩/伸長時間（ベースラインまでの時間）

  • 拍動周波数とその変動（CytoSolverが必要です）

  • トランジェント時間

IonOptix社製品

MyoCyteシステム

単離心筋細胞　収縮・カルシウム測定システム

マイオサイトシステム(MyoCyte System)は、画像解析による、細胞の収縮、サルコメアの測定、また2波長光源でレシオメトリックス方による細胞の蛍光測定が可能です。

CytoMotion

CytoMotionは、iPS心筋細胞などの最大収縮速度や最大収縮速度までの時間、最大弛緩速度、弛緩／伸張時間などの重要なパラメータのリアルタイムでの分析を可能にします。

MyoStretcherシステム

MyoStretcher（マイオ・ストレッチャー）システムは、画期的な光学フォーストランスデューサーによって、心筋細胞の力を測定することができるシステムです。特に心筋細胞の測定用に設計されており、この分野では、現在最も精度が高いシステムと言えます。

C-Pace EM

シーペース・システム（C-Pace EM）は、汎用培養ディッシュに適合したカーボン電極（C-Dish）により、本体（C-Pace EM）で予め設定したプロトコルで、心筋細胞や骨格筋細胞に電気刺激を与えながら細胞の培養ができるシステムです。

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