Construction of an On-Chip Cardiomyocyte Model incorporated with Autonomic Neurons

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K12613
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Takayama Yuzo 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (60608438)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 自律神経 / 心筋 / ヒトiPS細胞 / 生体モデリング

Outline of Final Research Achievements

In this study, we first induced ANS spheres and confirmed the generation of sympathetic/parasympathetic spheres through gene expression evaluation. Next, we developed a co-culture system of these ANS spheres and cardiomyocytes. In cardiomyocytes co-cultured with ANS spheres, we could detect changes in electrical activity of cardiomyocytes responded to neuronal stimulation, confirming functional coupling between the ANS spheres and cardiomyocytes. Furthermore, using the co-culture system for cardiotoxicity analysis, we suggest that certain anticancer drugs, known to cause peripheral neuropathy and arrhythmogenic effects, influence cardiomyocyte activity via changes in neuronal activity. These findings highlight the potential utility of our co-culture system.

Free Research Field

細胞工学、神経工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究課題ではヒト心筋組織と自律神経sphereを共培養することで、自律神経-心筋組織において機能的な結合・相互作用が構築されること、および自律神経を介した心毒性をアッセイ可能な培養アッセイ系となりうることを示した。生体においては自律神経作用により臓器機能の調整や臓器間相互作用が行われており、自律神経作用を再現した培養系は次世代の創薬アッセイ系として貢献することが期待できる。また、細胞組織機能を自律神経シグナルにより人為的に制御するための自律神経活動の計測・制御インターフェース構築の先には、ヒト自律神経系への機械的な介入による生体モニタリング・次世代治療への貢献が期待される。