ヒトiPS細胞由来心筋細胞の特徴付けによる催不整脈性リスク指標の確立

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K08608
• Research Institution: Toho University
• Principal Investigator: 中瀬古 寛子 東邦大学, 医学部, 講師 (80408773)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 心毒性 / 抗不整脈性 / 催不整脈性 / ヒトiPS細胞由来心筋細胞 / 電気生理学 / 電気薬理学

Outline of Annual Research Achievements

慢性骨髄腫の治療薬で、低分子チロシンキナーゼ阻害薬であるdasatinibを用いて、ヒトiPS細胞由来心筋細胞における興奮伝導（FPDと伝導）、刺激電流の閾値、有効不応期と有効不応期からFPDを引いた差分(ms)：post-repolarization refractorinessの変化を解析した。その結果、dasatinibは逆頻度依存性と濃度依存性のないFPD延長を示し、催不整脈性が低いことを明らかにした。同時に生体では急性投与でtroponin Iを増加させたが、急性毒性の指標である細胞死誘導能は示さないことを明らかにし、原著論文でCardiovasc Toxicol. 2020 Feb;20(1):58-70.に発表した。
次にMED64システムと高速度デジタルCMOSカメラ(KP-FM400WCL, セルモーションイメージングシステムSI8000シリーズ、SONY、東京)を組み合わせ、電気的ペーシング（刺激周期長500-1400 ms）で誘発した拍動の再分極時間、伝導速度と収縮のモーションベクトルの同時測定を行った。インキュベーター内のO2濃度を95%と20％（空気）の２種類で行い、心筋の伝導興奮と収縮に対する溶存酸素濃度の影響をコントロール、溶媒のみ、10 nM (-)-isoproterenol存在下で比較実験を行った。その結果、2次元細胞シートで方向性のないヒトiPS細胞由来心筋細胞シートはそれまで収縮運動に関し、陰性の階段現象を示すことが報告されてきたが、ペーシング位置を制御することによって、ヒト生体心と同様に収縮運動の陽性階段現象、弛緩運動の頻度依存性促進を導入できることを見出した。その成果はFrontiers in Cell and Developmental Biologyに投稿し現在査読中である。
これらの研究成果によって、ヒトiPS細胞由来心筋細胞シートを用いた薬物の催不整脈性リスクの評価指標に加え、収縮弛緩の変化を解析する基盤が出来たと考えられる。

Current Status of Research Progress

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

Reason

H30～R1年度にかけて、ヒトiPS細胞由来心筋細胞シートを用いる薬物誘発性の収縮弛緩の修飾を評価するにあたって、ペーシング位置や収縮ベクトルの解析方法を調節することによって、今まで再現できなかった収縮力の陽性階段現象を再現することが出来た。これによって、ヒトiPS細胞由来心筋細胞シートを用いた薬物の催不整脈性リスクの評価指標に加え、収縮弛緩の変化を解析する基盤が出来たと考えられる。

Strategy for Future Research Activity

R1年度に開発した方法を用いて、薬物存在下でのヒトiPS細胞由来心筋細胞シートの収縮弛緩の変化の実験と解析を継続して行い、その利点と問題点を明らかにする予定である。

Causes of Carryover

R1年度末に行った実験の解析とその投稿に必要な費用として繰り越した。またR1年度に開発した方法を用いて、薬物存在下でのヒトiPS細胞由来心筋細胞シートの収縮弛緩の変化の実験と解析をその利点と問題点を明らかにするための研究を継続しているため、その費用として繰り越した。

Research Products

• [Journal Article] Dasatinib can Impair Left Ventricular Mechanical Function But May Lack Proarrhythmic Effect: A Proposal of Non-clinical Guidance for Predicting Clinical Cardiovascular Adverse Events of Tyrosine Kinase Inhibitors. (2020)
  • Author(s): Izumi-Nakaseko H, Fujiyoshi M, Hagiwara-Nagasawa M, Goto A, Chiba K, Kambayashi R, Naito AT, Ando K, Kanda Y, Ishii I, Sugiyama A
  • Journal Title: Cardiovasc Toxicol. Volume: 20(1) Pages: 58-70
  • DOI: 10.1007/s12012-019-09538-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Analysis of electro-mechanical relationship in human iPS cell-derived cardiomyocytes sheets under proarrhythmic condition assessed by simultaneous field potential and motion vector recordings. (2019)
  • Author(s): Sugiyama A, Hagiwara-Nagasawa M, Kambayashi R, Goto A, Chiba K, Naito AT, Kanda Y, Matsumoto A, Izumi-Nakaseko H
  • Journal Title: J Pharmacol Sci Volume: 140(4) Pages: 317-320
  • DOI: 10.1016/j.jphs.2019.07.006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Assessment of the drug-induced toxicity on left ventricular function by pattern-cultured hiPSC-CMs. (2019)
  • Author(s): Naito A, Ito M, Gao F, Furuya A, Izumi-Nakaseko H, Hagiwara-Nagasawa M, Sugiyama A
  • Journal Title: J Pharmacol Toxicol Methods Volume: 99 Pages: 106595
  • DOI: 10.1016/j.vascn.2019.05.171
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Development and assessment of a new in vitro platform of human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes for evaluating the drug-induced biological phenomena predicting clinically observed cardiac effects. (2020)
  • Author(s): Izumi-Nakaseko H, Chiba K, Hagiwara-Nagasawa M, Goto A, Nunoi Y, Kambayashi R, Matsumoto A, Kanda Y, Naito AT, Sugiyama A
  • Organizer: 第93回日本薬理学会年会
• [Presentation] Physiological properties of excitation-contraction relationships in human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes sheets. (2020)
  • Author(s): Izumi-Nakaseko H, Chiba K, Hagiwara-Nagasawa M, Goto A, Nunoi Y, Kambayashi R, Matsumoto A, Kanda Y, Naito AT, Sugiyama A
  • Organizer: 第97回日本生理学会大会
• [Presentation] チロシンキナーゼ阻害薬のヒト心血管有害作用を予測する非臨床的評価方法の開発 (2019)
  • Author(s): 中瀬古（泉）寛子, 藤吉正哉, 長澤（萩原）美帆子, 安東賢太郎, 内藤篤彦, 石井伊都子, 杉山篤
  • Organizer: 第4回J-ISCP年次学術集会（国際心血管薬物療法学会日本部会）
• [Presentation] 抗がん薬の心血管有害作用検出のための非臨床的評価プロトコルの提案 (2019)
  • Author(s): 中瀬古(泉)寛子, 杉山篤
  • Organizer: 第2回日本腫瘍循環器学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] ダサチニブは左心機能を低下するが、催不整脈作用を示さない：チロシンキナーゼ阻害薬のヒト心血管有害作用を予測する非臨床的評価方法の開発 (2019)
  • Author(s): 中瀬古（泉）寛子, 藤吉正哉, 長澤（萩原）美帆子, 後藤愛, 千葉浩輝, 神林隆一, 内藤篤彦, 安東賢太郎, 諫田泰成, 石井伊都子, 杉山篤
  • Organizer: 第141回日本薬理学会関東部会