ハートオンチップ | 組織工学とマイクロ流体工学における強度測定
可視化と薬物検査を容易にする新しいハートオンチップ
ハートオンチップ技術は、組織工学とマイクロ流体工学の領域における注目すべき進歩領域です。これらの小型装置は、ヒト心臓組織の複雑な生理学的反応を再現するもので、より広範な臓器オンチップ分野のサブセットです。実際の人間の心臓の機能と機械的特性をエミュレートするように設計されたこの技術は、マイクロ工学的環境内に生きた心臓細胞を統合し、リアルタイムのモニタリングと分析を可能にします。
幹細胞科学と3Dプリンティングの進歩により、科学者たちは、人間の心臓と同様にリズミカルに拍動する心臓組織を培養することができるようになりました。マイクロ流体工学を活用したハートオンチップ・モデルは、血流と組織の力学的環境をシミュレートすることができ、心血管疾患の研究、薬剤のスクリーニング、治療薬に対する個々の患者の反応を予測するためのダイナミックなシステムを提供します。この技術革新は、従来の細胞培養と動物実験の架け橋となり、人間の心臓を理解し治療法を開発するための、より正確で倫理的なアプローチを提供します。
要点
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これは、ヒトの心臓の機能を模倣する生物医学研究における画期的なツールである。
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この技術は、投薬試験や疾患モデリングのためのプラットフォームを提供し、動物モデルへの依存を減らす。
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現在進行中の開発は、心血管系疾患に対する治療アプローチに革命をもたらす可能性がある。
ハートオンチップ技術の基礎
ハートオンチップ技術の世界に足を踏み入れるには、その基礎となる要素を理解することが極めて重要です。これには、材料や設計の側面だけでなく、生体組織の正確なモニタリングと機能を可能にするセンサーやマイクロチャンネルの複雑な統合も含ま れます。
ハートオンチップの設計と材料に関する考察
ハートオンチップを設計する際には、生体適合性と柔軟性を備えた材料を優先的に選択する必要があります。この点では、シリコンとポリジメチルシロキサン（PDMS）の2つの材料が優れています。シリコンは、その構造的完全性と既存の製造技術との互換性が評価されています。一方、PDMSは、その透明性、弾性、生体適合性により、生きた細胞を受け入れ、その機能をサポートすることができるため、広く使用されています。
材料の設計には通常、人間の心臓の細胞環境を模倣したマイクロチャンバーが含まれます。ここでの目的は、心臓組織の機械的・生物学的手がかりを再現するシステムを作ることであり、これには細胞の挙動や組織機能に影響を与える空間的配置や寸法を理解することが含まれます。
センサーとマイクロチャンネルの統合
センサーの統合は、繊細かつ重要なプロセスです。これらのセンサーは、電気的活動、pHレベル、酸素含有量、およびシミュレートされる心臓組織の機能性を反映するその他の重要なパラメーターを測定するために使用されます。センサーの材質と配置の選択は、生細胞との干渉を避けるために注意深く行われる必要があります。
チップ内のマイクロチャンネルは、栄養の流れ、老廃物の除去、機械的な力をマイクロチャンバーに導く導管です。マイクロ流体チップを作成する際には、これらの流路の寸法と特性が層流をサポートすることを確認する必要があります。これは、人間の血管系に似た血液循環とシアストレスをシミュレートするために不可欠です。
疾患モデリングと医薬品開発への応用
ハートオンチップ技術は、疾患モデリングと薬剤開発のための先進的なプラットフォームを提供することで、心血管研究と医薬品試験の状況を一変させました。これには、心臓疾患の研究と治療、薬剤安全性評価プロトコルの強化、個別化医療へのシフトなどが含まれます。
心臓病研究
心臓疾患の理解は、ヒトの心臓の生理を再現したこれらのシステムを通して、大きく広げることができます。これらのシステムにより、収縮力や血管異常のニュアンスを含む心血管系疾患の複雑性を詳細に調べることができます。人工多能性幹細胞由来の心筋細胞を利用することで、さまざまなタイプの心臓病をモデル化することができ、病気の進行や治療介入の可能性をより詳しく調べることができます。
薬物スクリーニングと毒性
従来の動物モデルに代わるこの技術は、創薬や医薬品開発を支援する洗練されたスクリーニングプラットフォームを提供します。小型化された装置は、薬剤誘発性心毒性やその他の毒性を評価するために高度に制御された環境を提供し、それによって臨床試験前の薬剤安全性の予測可能性を高めます。新薬の効率や副作用を評価することができ、動物実験への依存を減らし、薬剤スクリーニングプロセスを改善することができます。
個別化医療の進歩
この画期的な技術は、心血管疾患や血管疾患の治療における個別化医療への道を開くものです。パーソナライズされた人工多能性幹細胞から疾患モデルを構築することで、治療法を遺伝的体質に合わせて特別に調整することができ、薬物治療の効果を高めることができます。このアプローチにより、患者は個々の心臓病プロファイルに最も適合した薬物療法を受けられるようになり、その結果、患者の転帰が改善され、薬物副作用が減少する可能性があります。
ハートオンチップの課題と今後の方向性
ハートオンチップ技術の進歩は、技術的なハードルと倫理的なハードルの両方に直面しています。これらの課題と予想される開発について理解することは、バイオファブリケーションと薬物検査への応用へのアプローチに役立ちます。
ハートオンチップの技術的限界
成熟と機能性を高めるために、3Dバイオプリンティング技術は有用です。しかし、複雑な心臓組織構造を模倣するために必要な解像度と一貫性は、技術的に大きな制約となります。試験管内での心筋細胞の成熟が、天然の心臓の物理的・生化学的特性を確実に再現する必要があります。in vitro 培養の進歩を、薬物試験や疾患モデリングに確実に使用できる強固なバイオファブリケーション心臓モデルに変換し、動物実験への依存を減らすことが極めて重要です。
倫理的・規制的配慮
動物実験からヒトを中心としたモデルへの移行には、 倫理的・規制的な配慮が必要です。ヒト細胞由来のin vitroシステムには厳格な規制が適用されることを知っておく必要があります。予測可能性だけでなく、倫理的な受容性という点でも、従来の動物モデルより優れていることを証明する必要があります。このようなシステムは、動物使用を削減する可能性において有望ですが、その応用は現在の倫理基準の枠組みの中で慎重に検討されなければなりません。
心臓血管系の力学を理解する
生物医学研究の分野において、この技術は心臓血管系内の複雑さについての理解を急速に進めています。この革新的なテクノロジーは、正常な状態でも病気の状態でも、心臓の様々な構成要素間の相互作用を詳細に調べることを可能にします。CellScale社は、バイオマテリアルイノベーションのブレークスルーにより、最先端の成果を達成しています。
心臓組織ダイナミクスの再現
これらのチップは、心臓組織の微小環境を再現するように設計されており、心筋細胞（CM）と心臓線維芽細胞の研究を可能にします。心臓組織をエミュレートすることで、研究者は電気刺激に対するこれらの細胞の反応を観察することができます。この綿密な検査により、心筋収縮の複雑さについての洞察が明らかになり、冠動脈性心疾患などの病態をより深く理解する道が開かれます。
血流と血管機能の研究
高度なモデルは、心臓細胞だけでなく、血管系を模倣するために内皮細胞も統合しています。この側面は、高血圧などの病態の中心である血圧の動態や血管機能の研究にとって極めて重要です。内皮をシミュレートすることで、心血管系がストレス因子や治療薬、疾患の進行にどのように反応するかについての正確な洞察を得ることができます。この知識は、シミュレートされた条件に対して人工構築物がリアルタイムでどのように反応するかを観察することで、さまざまな心血管系疾患に対する治療法を開発する上で極めて重要です。
この技術は、生物医学の革新におけるゲームチェンジャーであり、心血管研究における薬剤試験、疾患モデル、個別化医療を一変させるものです。幹細胞科学とマイクロ流体工学によって開発されたこれらの小さなデバイスは、人間の心臓の生理機能を忠実に模倣しています。リアルタイムのモニタリングと分析を可能にし、研究者が複雑な心機能、疾病メカニズム、潜在的治療法を正確に理解するのに役立ちます。この技術の進化は、心血管系の理解を進め、世界的な治療法の改善を約束します。Cellscale社は、生体材料の力学的特性の特性評価をリードし、医学研究の進歩を牽引してきました。
オレンジサイエンスが取り扱うその他の製品
オレンジサイエンスでは、測定機器の他にも伸展刺激装置・圧縮刺激装置を取り扱っております。ご不明点や取り扱い装置に関する詳細など、お気軽にお問い合わせください。
CellScale／セルスケール社
Mechano Cultureシリーズの機械的刺激培養装置はモデルにより、360度伸展、シリコンチャンバー伸展、マテリアル伸展、流体圧縮、機械的圧縮＋データ測定、マテリアル伸展＋データ測定が可能です。
STREX／ストレックス社
独自のシリコンチャンバーを伸展させることにより、チャンバー上の細胞に伸展刺激を与えることが可能です。顕微鏡搭載モデルは、倒立顕微鏡での伸展細胞の観察も可能です。
IonOptix／イオンオプティクス社
C-Stretchシステムはシリコンチャンバーを採用した伸展培養装置です。C-Pace EMシステムと使用することにより、伸展刺激と同時に、電気刺激を与えることも可能です。
オレンジサイエンスについて
サービス、サポートについて
我々は、機器 を提供するだけでは不十分であると考えています。機器の販売前から弊社の製品について、深い知識によるアドバイスを研究者の皆様にご提供します。御購入後も、我々が直接サポートするだけでなく、技術的質問にも迅速かつ真摯に対応いたします。
私共オレンジサイエンスは、高品質の科学研究機器およびソフトウェアの提供を通じて、科学の発展に貢献いたします。
オレンジサイエンスは、高品質の製品とサービスで研究を支援します。
オレンジサイエンスのスタッフは日本で研究する皆様の研究の効率化を実現するために、アメリカとヨーロッパから研究に有用な製品の情報を収集し横浜オフィスに収集しています。横浜のスタッフは、各地のメーカーを定期的に訪れて技術力を向上させています。機器の納品後も継続して研究室をご訪問させていだき、実験の進捗状況についてお聞きし、研究機器についての質問にもお答えします。
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オレンジサイエンスについて
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細胞生物学分野に関する研究機器に特化して
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多種多様な装置を取り扱うのではなく、装置とその用途について深い知識を持ち、ユーザの皆様の研究をよりよく理解することを心掛けています。研究者の皆様への技術サポートを通じて、ライフサイエンスの発展に貢献することを目指す会社です。
北米およびヨーロッパのメーカーと培ってきた国際的背景、そして、長年の経験と日本の研究機器の現場での理解を通して、ユニークな立場から高品質なアドバイス、サービスそして製品を日本の研究者の皆様にお届けします。
オレンジサイエンスの製品について
この分野の装置は、日本が常に一番というわけではありません。日本では国内メーカーの製品が好まれていますが、おそらくアフターサービスの良さが大きな要因だと考えられます。欧米で、より顕著な発展を見せている研究機器を国内メーカーと同じレベルのサポート体制でお使いいただければ、皆様の研究をさらに効率化することができるはずです。
信頼いただけるアフターサービス
私共は、一人一人のお客様にお会いしています。携帯電話の番号をお知らせしますが、コールセンターの番号はありません。一方で、メーカーの技術陣との連絡も大変密に取っています。装置の開発者たちと私共は顔見知りです。つまり、より正確で迅速なサポートをいたします。販売の前から同じ担当者が引き続きサポートいたします。