創薬用複合型心筋組織電学機能評価システムの開発

• 研究課題/領域番号: 22K12801
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分90110:生体医工学関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 李 俊君 大阪大学, 大学院工学研究科, 特任准教授(常勤) (10723786)
• 研究分担者: 劉 莉 大阪大学, 大学院医学系研究科, 特任准教授 (50380093)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2024年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: iPSC / Cardiomyocytes / Drug assessment / Tissue engineering / pluripotent stem cells / maturation / drug assessment / cardiomyocytes / regenerative medicine / Pluripotent stem cells / Maturation

研究開始時の研究の概要

ヒトiPS細胞由来の心筋細胞は再生医療への応用だけではなく、創薬や薬剤毒性評価への応用にも期待されている。しかし、既存の心筋細胞分化誘導法で得られた心筋細胞はまだ未熟であるため、創薬への応用に十分満たされていない。本研究課題において、自発循環進行波を利用して、未熟な心筋細胞の成熟度を加速させ、最終的に成人と近いレベルの心筋細胞を獲得し、心筋毒性評価や創薬への応用を実現することを目指している。さらに、ドラックスクリーニングの応用に合わせ、自発性循環進行波現象を誘導するデバイスを融合したMulti-wells多電極システムを開発し、ハイスループットスクリーニング可能なシステムの開発を目指す。

研究成果の概要

本研究では、新規デバイスにより24ウェルプレート内で安定したトラベリング波の再現に成功し、14日以上維持されました。波でペーシングされたiPSC由来心筋細胞の成熟は、免疫染色、電気生理記録、RNAシークエンス、TEM、OCR、ウエスタンブロット、動態解析で確認されました。トルサード・ド・ポワント（TdP）リスクの異なる薬剤を用いた評価では、低リスク薬（ベラパミル、ラノラジン）で不整脈が少なく、高・中リスク薬（キニジン、ピモジド）で増加し、安全性評価への有用性が示されました。成果としてPCT特許1件を出願し、論文4報を発表、学会での口頭発表1件が第21回外国人留学生若手研究者賞を受賞しました。

研究成果の学術的意義や社会的意義

最近、FDAはモノクローナル抗体などの医薬品に対する動物実験の義務を段階的に廃止する方針を示しました。iPSC由来の心臓オルガノイドは動物実験の代替として期待され、薬剤毒性評価の新しいプラットフォームとなります。しかし、iPSC由来心筋細胞の未成熟性が薬剤応答の精度を制限する課題があります。我々のシステムは心筋細胞の成熟を促進し、より正確な薬剤応答を実現しました。これにより、PMDAによる偽陽性薬剤候補の誤却下を減らし、創薬の効率向上とコスト削減に貢献します。また、動物実験削減という倫理的課題にも応え、持続可能な医療社会の実現に寄与する技術です。

研究成果

• [雑誌論文] Human induced pluripotent stem cell-derived closed-loop cardiac tissue for drug assessment (2024)
  • 著者名/発表者名: Li Junjun、Hua Ying、Liu Yuting、Qu Xiang、Zhang Jingbo、Ishida Masako、Yoshida Noriko、Tabata Akiko、Miyoshi Hayato、Shiba Mikio、Higo Shuichiro、Sougawa Nagako、Takeda Maki、Kawamura Takuji、Matsuura Ryohei、Okuzaki Daisuke、Toyofuku Toshihiko、Sawa Yoshiki、Liu Li、Miyagawa Shigeru
  • 雑誌名: iScience 巻: 27 号: 2 ページ: 108992-108992
  • DOI: 10.1016/j.isci.2024.108992
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Label-Free Raman Spectroscopy for Assessing Purity and Maturation of hiPSC-Derived Cardiac Tissue (2024)
  • 著者名/発表者名: Li Junjun、Li Menglu、Nawa Yasunori、Liu Yuting、Bando Kazuki、Hua Ying、Sun Lifu、Fujita Satoshi、Sawa Yoshiki、Fujita Katsumasa、Liu Li
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 96 号: 39 ページ: 15765-15772
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.4c03871
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Modeling Reduced Contractility and Stiffness Using iPSC-Derived Cardiomyocytes Generated From Female Becker Muscular Dystrophy Carrier (2023)
  • 著者名/発表者名: Kameda Satoshi、Higo Shuichiro、Shiba Mikio、Kondo Takumi、Li Junjun、Liu Li、Tabata Tomoka、Inoue Hiroyuki、Okuno Shota、Ogawa Shou、Kuramoto Yuki、Yasutake Hideki、Lee Jong-Kook、Takashima Seiji、Ikeda Yoshihiko、Hikoso Shungo、Miyagawa Shigeru、Sakata Yasushi
  • 雑誌名: JACC: Basic to Translational Science 巻: - 号: 6 ページ: 599-613
  • DOI: 10.1016/j.jacbts.2022.11.007
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Restoration of Cardiac Myosin Light Chain Kinase Ameliorates Systolic Dysfunction by Reducing Superrelaxed Myosin (2023)
  • 著者名/発表者名: Hitsumoto T, Tsukamoto O, Matsuoka K, Li J, Liu L, Kuramoto Y, Higo S, Ogawa S, Fujino N, Yoshida S, Kioka H, Kato H, Hakui H, Saito Y, Okamoto C, Inoue H, Hyejin J, Ueda K, Segawa T, Nishimura S, Asano Y, Asanuma H, Tani A, Imamura R, Komagawa S, Kanai T, Takamura M, Sakata Y, Kitakaze M, Haruta JI, Takashima S.
  • 雑誌名: Circulation 巻: - 号: 25 ページ: 1902-1918
  • DOI: 10.1161/circulationaha.122.062885
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tissue Sheet Engineered Using Human Umbilical Cord-Derived Mesenchymal Stem Cells Improves Diabetic Wound Healing (2022)
  • 著者名/発表者名: Zhang Jingbo、Qu Xiang、Li Junjun、Harada Akima、Hua Ying、Yoshida Noriko、Ishida Masako、Sawa Yoshiki、Liu Li、Miyagawa Shigeru
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 23 号: 20 ページ: 12697-12697
  • DOI: 10.3390/ijms232012697
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Engineered Tissue for Cardiac Regeneration: Current Status and Future Perspectives (2022)
  • 著者名/発表者名: Li Junjun、Liu Li、Zhang Jingbo、Qu Xiang、Kawamura Takuji、Miyagawa Shigeru、Sawa Yoshiki
  • 雑誌名: Bioengineering 巻: 9 号: 11 ページ: 605-605
  • DOI: 10.3390/bioengineering9110605
• [学会発表] Human iPSC-derived closed-loop cardiac tissue for improved drug assessment (2023)
  • 著者名/発表者名: Ying Hua, Junjun Li, Xiang Qu, Jingbo Zhang, Masako Ishida, Noriko Yoshida, Hayato Miyoshi, Mikio Shiba3, Shuichiro Higo4,5, Nagako Sougawa1, Maki Takeda1, Takuji Kawamura1, Ryohei Matsuura, Toshihiko Toyofuku, Yoshiki Sawa, Li Liu and Shigeru Miyagawa
  • 学会等名: The 87th Annual Scientific Meeting of the Japanese Circulation Society (JCS2023)
  • 招待講演
• [産業財産権] Method for producing myocardial cell layer, myocardial cell layer, and use thereof (2024)
  • 発明者名: Li Liu, Junjun Li
  • 権利者名: Li Liu, Junjun Li
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2024
  • 外国