Development of a cardiotoxicity evaluation system using a Heart-on-a-Chip Microdevice with aligned fiber device.

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K08861
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 55030:Cardiovascular surgery-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research (2022-2023); Kyoto University (2021)
• Principal Investigator: Murata Kozue 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (80884329)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 陽 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (40532271) ; 升本 英利 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 上級研究員 (70645754)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: iPS細胞 / 心臓 / オルガノイド / 組織 / 心毒性 / HMD / Organ-on-a-chip

Outline of Final Research Achievements

Cardiovascular cells differentiated from human iPS cells are expected to be useful for evaluating cardiac pharmacology and toxicity. The aim of this study was to develop a highly sensitive bioassay system that can evaluate the physiological function of the human heart. We differentiated human iPS cells into cardiovascular cells and generated vascularized microtissues with vascular network structures. We developed a heart-on-a-chip microdevice (HMD) specialized for evaluating cardiac function. Furthermore, through a collaborative study with the Stem Cell & Device Laboratory (SCAD),We improved throughput and stability of our system. SCAD-HMD not only exhibited pharmacological responses to representative circulatory stimulants, but also reproduced clinical events, demonstrating that the anticancer drug trastuzumab causes myocardial disfunction when combined with doxorubicin. This study demonstrated that SCAD-HMD can stably evaluate the toxicity of drugs on the human heart.

Free Research Field

医科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で開発したSCAD-HMDは高感度にヒト心臓に対する心毒性を評価することができる。本研究によって従来型よりもより安定した操作性を獲得しただけでなく、ヒト心臓組織への長期的な影響を検証できるようになった。これは継続的な薬剤投与によって初めて顕在化する心毒性を検出できることを意味し、創薬研究において有用な研究ツールとなることが期待される。将来的にはSCAD-HMDを個々の患者由来iPS細胞から作製し、特定の薬剤への反応を評価することにより、患者への投与に先立って心毒性の有無を判定することができ、抗がん剤などの投与に伴う心臓関連合併症を回避することが可能になると考えられる。