スフェロイドを用いた血液脳関門（BBB）モデルの作製

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K12594
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 島 亜衣 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 特任助教 (50757309)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 組織工学 / organ-on-a-chip / マイクロ流路

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、血液脳関門（BBB）構成細胞からなるBBBスフェロイドをマイクロアレイ内に配置して制御し、ハイスループットな薬剤透過性試験を実現することである。医薬品の開発においてヒトBBBの透過性を調べることは重要であるが、高効率に透過性試験を行えるモデルは存在しない。本研究では、BBBスフェロイドとマイクロアレイを組み合せることで、簡便に、多数のサンプルを一度に評価することを目指す。
1年目である2020年度は、市販の2種類のヒト脳血管内皮細胞と、ヒトアストロサイト、ヒトペリサイトを用いて、スフェロイドの構築条件を検討した。薬剤透過性試験を実施するためには、表面が完全に脳血管内皮細胞で被覆され、かつ、脳血管内皮細胞のタイトジャンクションや排出系トランスポータが機能していることが必要となる。3種類の細胞の数と構成比、培養液を変化させて、スフェロイド形成の可否、脳血管内皮細胞のスフェロイド表面の被覆度合、スフェロイドの大きさ、培養可能日数、タイトジャンクションマーカの発現を指標として、最適な培養条件を探索した。このとき、異なるヒト脳血管内皮細胞を用いると、スフェロイド形成能が大きく異なっていた。そこで、それぞれの脳血管内皮細胞における、表面が被覆されたスフェロイドの構築条件を決定し、今後の実験に使用することとした。
スフェロイドの構築条件を決定したことから、マイクロアレイの設計と試作およびアレイ外での蛍光物質を用いた透過性試験にも着手した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り、本年度はヒト脳血管内皮細胞、ヒトアストロサイト、ヒトペリサイトを用いたBBBスフェロイドの構築条件検討を行った。用いる細胞の種類や構成比、培養液、培養日数を検討することで、表面を脳血管内皮細胞が被覆したスフェロイドの作製条件を決定した。これにより、マイクロアレイに配置するスフェロイドの大きさが決まったことから、アレイの設計とソフトリソグラフィによる試作にも着手した。また、作製したBBBスフェロイドのバリア機能を評価するために、蛍光物質を用いた透過性試験のプロトコル作成に着手した。以上のように、本研究は当初の計画通りに進捗している。

Strategy for Future Research Activity

来年度は、蛍光物質を用いた透過性試験をマイクロアレイ外で実施し、作製したBBBスフェロイドのバリア機能を評価する。また、設計・作製したアレイにBBBスフェロイドを配置する。透過性試験によってBBBスフェロイドにおける脳血管内皮細胞のタイトジャンクション形成や排出系トランスポータの発現・機能が充分でないことが判明した場合は、BBBスフェロイドの作製条件を再度検討する。それにより、スフェロイドの大きさが変わる場合は、アレイのデザインにフィードバックする。また、アレイ内での透過性試験のプロトコル作成に着手し、最終年度にはマイクロアレイを用いたハイスループットな透過性試験の実施を目指す。

Causes of Carryover

当初計画していたよりも、本研究に使用可能なスフェロイドを構築するための条件検討に要した培養液の種類が少なかったために、培養液添加因子として計上していた予算を本年度中に使用しなかった。
ただし、条件検討に使用した2種類のヒト脳血管内皮細胞について、スフェロイド形成時の挙動が大きく異なることが判明し、2種類とも持続して今後の実験に用いることが望ましいと考えたことから、それらの細胞の購入費用として、当該金額を次年度に使用予定である。