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2021 年度 実績報告書

ヒト大脳皮質オルガノイドの機能を指標とした薬効評価法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 20H04507
研究機関東北工業大学

研究代表者

鈴木 郁郎  東北工業大学, 大学院工学研究科, 教授 (90516311)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード脳オルガノイド / ヒトiPS細胞 / 微小電極アレイ / 神経伝達物質 / 電気活動 / カーボンナノチューブ
研究実績の概要

健常者脳オルガノイドに痙攣陽性化合物を投与した応答において、用量依存的なオシレーション頻度の上昇、およびオシレーション周期に規則性が生まれること、1回のオシレーション周波数強度が増強すること、500Hz以下の低周波成分に特徴が現れることがわかった。また、ドラベ症候群やレット症候群の疾患脳オルガノイドにおいて、抗てんかん薬の作用が異なる現象が認められ、疾患オルガノイドに依存した自発活動強度の違いが観察された。その他複数種類の疾患iPS細胞から脳オルガノイドの作製し、各種抗てんかん薬を投与し、疾患に依存してどの抗てんかん薬が健常脳オルガノイドの応答に近づくかの解析法の構築を行った。神経伝達物質計測技術の開発では、酵素修飾型カーボンナノチューブ微小電極アレイを作製し、グルタミン酸のおいてはnMレベルでの検出、GABAにおいては10uMレベルでの検出に成功した。また、還流システムにより感度高くグルタミン酸が検出できることも確認できた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

脳オルガノイドの微小電極アレイ計測において、低周波成分の解析が有効であることを示し、疾患脳オルガノイドにおける自発活動特性の違い、薬剤応答性の違いが検出できたことから、おおむね当初の計画通りに進んでいるといえる。また、グルタミン酸の検出感度の上昇および還流系での検出が確認できたことから、検出技術としての見込みが立った。

今後の研究の推進方策

疾患脳オルガノイドの作製および薬剤応答データの取得を進め、取得済データを含めて解析を進めて行く。また、薬剤投与によるグルタミン酸放出の差異を検出し、薬効評価法としての有効性を示してゆく予定である。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] Raster plots machine learning to predict the seizure liability of drugs and to identify drugs2022

    • 著者名/発表者名
      N Matsuda, A Odawara, Y Ishibashi, K Kinoshita, A Okamura, T Shirakawa, I Suzuki
    • 雑誌名

      Sci Rep

      巻: 12(1) ページ: 2281

    • DOI

      10.1038/s41598-022-05697-8

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Electrophysiological responses to seizurogenic compounds dependent on E/I balance in human iPSC-derived cortical neuronal networks2022

    • 著者名/発表者名
      R Yokoi, T Kuroda, N Matsuda, A Odawara, I Suzuki
    • 雑誌名

      Journal of Pharmacological Sciences

      巻: 148(2) ページ: 267-278

    • DOI

      10.1016/j.jphs.2021.12.006

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Analysis of signal components < 500 Hz in brain organoids coupled to microelectrode arrays: a reliable test- bed for preclinical seizure liability assessment of drugs and screening of antiepileptic drugs2021

    • 著者名/発表者名
      Yokoi R, Shibata M, Odawara A, Ishibashi Y, Nagafuku N, Matsuda N, Suzuki I
    • 雑誌名

      Biochem and Biophys Res.

      巻: 28 ページ: 101148

    • DOI

      10.1016/j.bbrep.2021.101148

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Histograms of Frequency-Intensity Distribution Deep Learning to Predict the Seizure Liability of Drugs in Electroencephalography.2021

    • 著者名/発表者名
      N. Matsuda, Kenichi Kinoshita, Ai Okamura, Takafumi Shirakawa, and I Suzuki
    • 雑誌名

      Toxicological Sciences

      巻: 182(2) ページ: 229-242

    • DOI

      10.1093/toxsci/kfab061

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Principal Component Analysis to Distinguish Seizure Liability of Drugs in Human iPS Cell-Derived Neurons2021

    • 著者名/発表者名
      Y Ishibashi, A Odawara, K Kinoshita, A Okamura, T Shirakawa, I Suzuki
    • 雑誌名

      Toxicological Sciences

      巻: 184(2) ページ: 265-275

    • DOI

      10.1093/toxsci/kfab116

    • 査読あり
  • [学会発表] MEAを用いた化合物の神経毒性評価法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      鈴木郁郎
    • 学会等名
      電気化学会第89回大会
  • [学会発表] MEAを使用した脳オルガノイド計測における低周波解析の有効性2022

    • 著者名/発表者名
      永福菜美, 横井れみ, 柴田実可子, 石橋勇人, 松田直毅, 鈴木郁郎
    • 学会等名
      第13回日本日本安全性薬理研究会学術年会
  • [学会発表] Evaluation of drug toxicity and efficacy based on human iPSC-derived neuronal activities2021

    • 著者名/発表者名
      鈴木郁郎
    • 学会等名
      第62回 日本神経学会学術大会
  • [学会発表] In vitro, ex vivo, in vivoにおける神経活動を指標とした薬剤性痙攣リスク評価2021

    • 著者名/発表者名
      鈴木郁郎
    • 学会等名
      48回日本毒性学会学術年会
  • [学会発表] ヒトiPS細胞由来ニューロンおよび脳オルガノイドを用いた医薬品の毒性評価2021

    • 著者名/発表者名
      鈴木郁郎
    • 学会等名
      48回日本毒性学会学術年会 ランチョンセミナー
  • [学会発表] ヒトiPS細胞由来神経細胞の電気活動に基づいた毒性および薬効評価2021

    • 著者名/発表者名
      鈴木郁郎
    • 学会等名
      48回日本毒性学会学術年会 ランチョンセミナー
  • [学会発表] iPSニューロンの機能を指標とした中枢および末梢神経毒性評価2021

    • 著者名/発表者名
      鈴木郁郎
    • 学会等名
      安全性評価研究会 第29回 夏の教育フォーラム
  • [学会発表] ヒト iPS 神経の電気活動に基づいた医薬品候補化合物の評価2021

    • 著者名/発表者名
      鈴木郁郎
    • 学会等名
      令和3年度AMED 再生・細胞医療・遺伝子治療研究開発交流会
  • [学会発表] MEA measurement of human cerebral organoid2021

    • 著者名/発表者名
      Mikako Shibata, Remi Yokoi, Aoi Odawara, Yuto Ishibashi, Nami Nagafuku, Naoki Matsuda, Ikuro Suzuki
    • 学会等名
      2021 Safety Pharmacology Society

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公開日: 2022-12-28  

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