top of page

iPS心筋細胞 収縮測定


iPS心筋細胞とは

iPS心筋細胞とは、人工多能性幹細胞(induced Pluripotent Stem cells, iPS細胞)から分化させた心筋細胞のことです。iPS細胞は、体細胞に特定の遺伝子を導入して多能性を持つ幹細胞に戻したもので、さまざまな種類の細胞に分化する能力を持っています。


心筋細胞は心臓の筋肉を構成する細胞であり、心拍を生成する役割を担っています。iPS細胞から心筋細胞を作製することで、患者の細胞から特異的な心筋細胞を得ることが可能となり、心臓病の研究や薬剤の開発、再生医療の分野で利用されています。この技術は、特定の患者に合わせた治療法の開発や心臓病のメカニズム解明に役立つと期待されています。


iPS心筋細胞の研究分野

iPS心筋細胞の研究には、以下のようなさまざまな分野があります。


1. 疾患モデルの作成

  • 遺伝性心疾患の研究: iPS細胞を患者から採取し、心筋細胞に分化させて病態モデルを作成します。これにより、心疾患のメカニズム解明が進められます。

  • 非遺伝性心疾患の研究: 心筋梗塞や心不全などの疾患モデルを作成し、病態の理解や新たな治療法の探索に活用されます。


2. 薬剤スクリーニング

  • 薬剤の有効性評価: 新薬の効果を評価するために、iPS心筋細胞を用いた高効率な薬剤スクリーニングが行われます。

  • 副作用の評価: 特に心毒性の評価にiPS心筋細胞が利用され、患者ごとの個別の反応を調査できます。


3. 再生医療

  • 心筋再生: iPS心筋細胞を用いて心筋組織を作成し、損傷した心臓に移植することで機能を回復させる研究が進められています。

  • パーソナライズド医療: 患者自身のiPS細胞から心筋細胞を作成し、拒絶反応のリスクを低減した移植治療の研究が行われています。


4. 基礎生物学研究

  • 心筋細胞の発生メカニズムの解明: iPS心筋細胞を用いて心筋の発生過程や細胞の分化メカニズムを研究し、心臓の発生や機能に関する新たな知見を得ることが目指されています。

  • 心筋細胞の電気生理学的特性の研究: iPS心筋細胞を用いて心拍のリズムや異常に関する研究が行われています。


5. 遺伝子編集と機能解析

  • CRISPR-Cas9などの遺伝子編集技術の活用: 遺伝子編集技術を用いてiPS心筋細胞の遺伝子を操作し、特定の遺伝子の機能や疾患関連遺伝子の影響を研究します。


これらの分野での研究は、心臓病の理解と治療に大きく貢献し、未来の医療において重要な役割を果たすと期待されています。



iPS心筋細胞を使用するメリット

iPS心筋細胞を使用するメリットには、以下のような点があります。


1. 個別化医療への貢献

  • 患者由来細胞の利用: 患者自身の細胞から作製することで、個々の患者に特有の病態を反映した心筋細胞を得られ、個別化医療の実現が可能となります。

  • 拒絶反応のリスク低減: 自分の細胞を使うことで、移植時の免疫拒絶反応のリスクを低減できる可能性があります。


2. 疾患研究の進展

  • 多様な疾患モデルの作成: 遺伝性心疾患や薬剤性心疾患など、さまざまな心臓病のモデルを作成して研究できるため、疾患のメカニズム解明に役立ちます。

  • リアルな病態再現: 患者特異的なiPS心筋細胞を使用することで、従来の動物モデルや細胞系では再現が難しい病態を研究することが可能です。


3. 薬剤開発の効率化

  • 薬剤スクリーニング: iPS心筋細胞を用いた薬剤スクリーニングにより、効率的に新薬候補を見つけることができます。

  • 副作用の検出: 心毒性などの副作用を早期に検出することで、新薬の安全性評価が向上します。


4. 再生医療の可能性

  • 心筋再生の研究: iPS心筋細胞を用いて損傷した心筋を再生させる研究が進んでおり、心筋梗塞や心不全の新しい治療法として期待されています。

  • 組織修復と機能回復: 移植による心筋組織の修復や心機能の回復が目指されており、将来的な心臓病治療のオプションが増える可能性があります。


5. 倫理的利点

  • 胚性幹細胞に代わる選択肢: iPS細胞は患者自身の体細胞から作製されるため、胚を使用する必要がなく、倫理的な懸念を回避できます。


6. 基礎研究のツール

  • 心筋細胞の分化メカニズム研究: 発生過程や心筋細胞の機能を詳細に研究するツールとして、iPS心筋細胞が広く活用されています。

  • 遺伝子編集の活用: 遺伝子編集技術と組み合わせることで、特定の遺伝子の機能を詳細に解析することが可能です。


これらのメリットにより、iPS心筋細胞は心臓病研究や薬剤開発、再生医療において極めて重要な役割を果たしています。



iPS心筋細胞を研究する目的

iPS心筋細胞を研究する目的は、多岐にわたり、以下のような目標が挙げられます。


1. 心疾患のメカニズム解明

  • 疾患モデルの作成: 遺伝性および非遺伝性の心疾患に関する病態モデルを作成し、心疾患の発症メカニズムや進行過程を詳細に解明することを目指します。

  • 新たな病態の発見: 心疾患の原因となる新しい分子や遺伝子の特定を行い、病気の理解を深めることが目的です。


2. 新薬開発と安全性評価

  • 薬剤スクリーニング: iPS心筋細胞を用いて、新薬候補の効果や毒性を効率的に評価し、心疾患治療に有効な薬剤を開発することが目指されます。

  • 副作用検出: 特に心毒性の評価にiPS心筋細胞を活用し、薬剤の安全性を早期に確認することが目的です。


3. 再生医療の実現

  • 心筋組織の再生: 心筋梗塞や心不全など、損傷した心臓の機能を回復させるために、iPS心筋細胞を移植して心筋を再生させる治療法の開発を目指します。

  • パーソナライズド治療: 患者ごとの細胞を使用して個別化医療を提供し、拒絶反応を防ぐ治療法の確立が目的です。


4. 基礎生物学的研究

  • 心筋細胞の発生メカニズムの解明: 心臓の発生や心筋細胞の分化過程を研究し、基礎的な生物学の知見を深めることが目的です。

  • 遺伝子機能解析: iPS心筋細胞と遺伝子編集技術を組み合わせることで、特定の遺伝子の役割や機能を解析し、新たな知見を得ることが目指されます。


5. 患者特異的治療法の開発

  • 個別化医療: 患者特異的なiPS心筋細胞を作製し、特定の患者に最適化された治療法を開発することで、より効果的な治療が可能となります。

  • 希少疾患の治療法開発: 通常の研究では難しい希少疾患のメカニズム解明や治療法の開発を促進します。


6. 遺伝子治療の研究

  • 遺伝性疾患の治療法探索: 遺伝子編集技術と組み合わせて、遺伝性心疾患の治療法を探る研究が行われます。


これらの目的を通じて、iPS心筋細胞は心臓病の理解、治療法の開発、そして未来の医療における革新に大きく貢献しています。



iPS心筋細胞の収縮測定と研究

iPS心筋細胞の収縮測定は、さまざまな研究分野で重要な役割を果たしています。


1. 薬理学および薬剤開発

  • 薬剤スクリーニング: 新薬候補の効果や心臓に対する影響を評価するために、iPS心筋細胞の収縮性を測定します。これにより、薬剤の有効性や心毒性を早期に評価できます。

  • 心毒性評価: 特に抗がん剤や心血管薬の心毒性を調査する際に、収縮機能が重要な評価指標となります。


2. 再生医療

  • 心筋再生の効果測定: iPS心筋細胞を移植して心筋再生を試みる研究において、移植後の細胞の収縮機能を評価することで、再生医療の効果を確認します。

  • 機能的評価: 再生した心筋組織の機能が正常に回復しているかを、収縮の測定によって確認します。


3. 生理学および病態生理学

  • 心疾患モデルの研究: 心筋細胞の収縮異常がどのように心疾患に寄与しているかを解明するため、収縮測定が行われます。例えば、心不全や不整脈のモデルを用いて、病態の理解を深めるために収縮の解析を行います。

  • 電気生理学的研究: 心筋細胞の収縮は電気生理的な活動と密接に関連しており、収縮の測定を通じて電気的異常の影響を調査します。


4. 組織工学

  • 心筋組織の機能評価: iPS心筋細胞を使って作製した人工心筋組織の機能を評価する際、収縮測定は重要な指標となります。これにより、人工組織がどの程度生体心筋に近い機能を持つかを評価します。

  • バイオエンジニアリング: 収縮機能を用いた新しい材料やデバイスの開発・評価にもiPS心筋細胞が利用されます。


5. 遺伝子機能解析

  • 特定遺伝子の影響評価: 遺伝子編集技術を使って特定の遺伝子を操作したiPS心筋細胞の収縮機能を測定し、その遺伝子が心筋の収縮にどのような影響を与えるかを調査します。


6. 毒性学

  • 環境毒性物質の影響評価: 環境中の化学物質が心筋の収縮機能に与える影響を調査し、心血管へのリスクを評価する研究が行われます。


これらの分野での収縮測定は、心臓病の理解と治療法開発における重要な要素となっており、iPS心筋細胞はその研究において不可欠なツールとなっています。



iPS心筋細胞収縮測定のアプリケーション例

iPS心筋細胞の収縮測定は、さまざまなアプリケーションで活用されています。以下にその具体的な例を挙げます。


1. 新薬開発と薬効評価

  • 薬剤スクリーニング: 新薬候補の心筋に対する効果を迅速に評価するために、iPS心筋細胞の収縮測定が行われます。これにより、薬剤が心筋収縮に与える影響をリアルタイムで評価できます。

  • 心毒性の検出: 特に抗がん剤や抗不整脈薬のように心毒性のリスクがある薬剤のスクリーニングで、収縮測定を活用して副作用を早期に検出します。


2. 再生医療

  • 移植後の心機能評価: iPS心筋細胞を用いた心筋再生療法の研究において、移植後の収縮機能を評価することで、治療の効果を確認します。例えば、心筋梗塞後の心臓再生の成果を測定する際に使用されます。

  • パーソナライズド治療の開発: 患者由来のiPS心筋細胞の収縮性を測定することで、特定の患者に最適な治療法を開発する支援が行われます。


3. 心疾患モデルの研究

  • 遺伝性心疾患の研究: 遺伝性心疾患のモデルを作成し、収縮機能の異常を測定することで、病気のメカニズム解明や治療ターゲットの探索が行われます。例えば、肥大型心筋症や拡張型心筋症のモデルでの応用があります。

  • 薬剤反応性の研究: 患者特異的なiPS心筋細胞を用いて、薬剤に対する個別の反応を調べ、最適な治療法を探ります。


4. バイオエンジニアリング

  • 心筋組織工学: iPS心筋細胞を用いて作製された人工心筋組織の収縮機能を測定し、組織の機能的な完成度を評価します。これにより、人工心臓パッチや組織補填材料の開発が進められます。

  • 医療デバイスの評価: 新しい医療デバイスやバイオセンサーが心筋細胞の収縮に与える影響を評価し、デバイスの安全性と効果を確認します。


5. 電気生理学的研究

  • 不整脈モデルの研究: iPS心筋細胞を用いて、不整脈の原因や発生メカニズムを研究する際に、収縮測定が用いられます。これにより、電気的な異常が収縮機能にどのように影響を与えるかが明らかにされます。

  • 電気刺激の応答評価: 心筋細胞に電気刺激を与え、その応答としての収縮を測定することで、細胞の電気生理学的特性を評価します。


6. 毒性学と環境科学

  • 環境毒性物質の評価: 環境中の化学物質や毒性物質が心筋の収縮に与える影響を測定し、心臓に対する潜在的なリスクを評価します。例えば、重金属や農薬の影響を調査する際に利用されます。

  • 慢性曝露の影響調査: 長期間にわたる低濃度の毒性物質への曝露が心筋の収縮機能にどのような影響を与えるかを研究します。


7. 遺伝子機能解析

  • 遺伝子変異の影響評価: 遺伝性心疾患の研究において、特定の遺伝子変異が心筋の収縮機能に与える影響を測定します。例えば、肥大型心筋症や拡張型心筋症のモデルで、収縮異常の原因を特定します。

  • 遺伝子編集の効果検証: CRISPR-Cas9などの遺伝子編集技術を使用して、特定の遺伝子を修正したiPS心筋細胞の収縮機能を測定し、治療効果を評価します。


これらのアプリケーションを通じて、iPS心筋細胞の収縮測定は、医療や科学研究の多くの分野で不可欠なツールとなっています。



 

IonOptix CytoMotionシステム

(iPS心筋細胞 収縮性・伸張性測定システム)


ヒト人工多能性幹細胞(hiPSC)やヒト胚性幹細胞(hESC)由来の心筋細胞は、その非晶質な表現型と成体心室心筋細胞に比べて貧弱なコントラストから、収縮力動態の取得は特に困難となる可能性があります。IonOptix社はこれらの分析をシンプルに実現しました。CytoMotionシステムは、CytoMotionアルゴリズムとIonWizardデータ取得をハイフレームレートCMOSカメラと組み合わせることにより、信頼性の高いデータ収集のための低コストで簡素化されたソリューションを提供します。



 幹細胞由来の心筋細胞(hiPSCやhESC)の収縮動態を得ることは、その不定形な表現型やコントラストの低さから、非常に困難です。IonOptix社は、それをシンプルにすることに成功しました。

 サイトモーションライト(CytoMotion Lite)システムは、カメラ、ソフトウェア、ノートパソコンから構成され、カメラポート付きの倒立顕微鏡があれば、以下の重要なパラメーターを解析することができます。

  • 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)

  • 最大戻り速度

  • 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)

  • ビート周波数と分散(※オプションのCytoSolver解析ソフトが必要です)


CytoMotion Liteシステムであれば、自発拍動する筋細胞の収縮ダイナミクスを測定を、低コストで実現します。







 

ー その他の製品紹介 ー C-Pace/ 筋細胞電気刺激培養装置


 イオンオプティクス社のシーペースシステム(C-Pace EM)は、筋細胞へ電気刺激を与えながら培養することができるシステムです。4~24wellまでの専用電極(C-Dish)により、同時に大量の細胞へ電気刺激が可能で、バイポーラ波形の刺激により、電気分解を防ぎ、長時間の刺激培養が可能です。


 設置も非常に簡単で、汎用培養プレート(※使用可能なリストはこちら)もそのままお使い頂けますので、装置に電源を接続するだけで、すぐにご使用頂けます!





 

他の取り扱い装置は弊社のHPをご覧ください。 お問い合わせは、下のボタンからお願いします。






bottom of page