• 灌流により生理学的環境を模倣：
  流体フローが血流を再現することで、ヒト生体臓器モデルの形成を促進するほか、免疫系を模倣する循環免疫細胞の組み込みも可能にします。
• 最大4週間の培養：
  PhysioMimixコントローラーが、空気圧接続を介してヒト生体臓器モデルの灌流のための調節可能な培地フローを提供し、長期組織培養(最大4週間)が可能になります。
  ※3D検証済み細胞、Nash-in-a-boxでは、2週間の培養が保証されています。
• オープンウェル設計：
  急性および慢性投与試験を容易にし、リアルタイムモニタリングと長期的データ収集のための培地サンプル回収(最大1mL)を可能にします。
• リアルタイムモニタリング
• ユーザーフレンドリー
  1分以内にプログラムしてランを開始
• 最大6枚のプレートを並行稼働：
  PhysioMimixコントローラーには、1台または2台のドッキングステーションを接続可能。最大6枚のプレートを並行して稼働させることができます。
• ハイスループット：
  PhysioMimix Single-organ HT モデルでは、1プレートで同時に48の組織培養を行えるプレートが利用可能です。
• 様々なヒト生体臓器を模倣可能：
  

  肝臓モデル
  プレート周囲および足場を通しての灌流が3D組織の形成を可能にします。
  バリアモデル
  循環流が腸や肺などのバリアモデルの生理的バリア機能をサポートします。
  2臓器モデル
  腸や肺などのバリアモデルと肝臓モデルを相互に連結し、2臓器間のコミュニケーションを可能にします。
  【CN Bio社製品紹介動画】 PhysioMimix™ OOC - Single and multi organ-on-a-chip systems (約4分半、音声有(BGMのみ))

		PhysioMimix Single-organ Standard  ● In vitro 3D単一臓器モデルを迅速に構築できるエントリーモデル。 薬物や疾患の作用機序に関する詳細な知見を得ることができます。 Liver-12プレートを用いてヒト肝臓の微細構造を模倣した肝臓モデルを、Barrierプレートを用いてバリアモデル(腸、肺など)を作製可能です。
		PhysioMimix Single-organ HT  ● より高いスループットを備えた次世代モデル。 より多くの実験から並行してデータを生成することで、データの頑健性と再現性が向上し、データの信頼性が高まります。 Liver-48プレートおよびSingle-organ Standard モデルのプレートと互換性があります。
		PhysioMimix Multi-organ Standard  ● 肝臓モデルと腸や肺などの臓器モデルを相互接続することができるモデルです。臓器が複雑なシステムの一部としてどのように相互作用し、コミュニケーションするかを模倣することで、疾患状態や薬物の挙動について、ヒトに特化したより深いメカニズムについての理解を得ることができます。 Dual-organ プレート、Single-organ Standardモデルのプレートと互換性があります。

[2024/12/9実施] 上記画像をクリックすると、視聴ページが開きます。お客様情報ご入力後視聴ください。

【タイトル】バリデーションされたヒト生体臓器模倣システムCN Bio社PhysioMimix^®のご紹介

【要旨】
昨今の創薬研究において、以前から開発が続けられている低分子や抗体医薬、核酸医薬に加えて、細胞移植、次世代ペプチド、AIを活用した人工タンパクなど創薬モダリティは大きく変化しています。しかしながら、医薬品の開発プロセスにおける期間とコスト、そして開発成功率は依然として大きな課題となっています。

それらの課題解決のために、生体模倣システム (Micro-Physiological System: MPS)が着目されています。特にヒト細胞を用いたスフェロイドや共培養によるオルガノイドを特殊な支持体上に形成する三次元培養技術と、培養液の灌流などにより生み出されるシアストレスによって生体内環境を模倣したオーガン・オン・チップ（Organ-On-Chip: OOC）は、創薬分野における病態モデル作製、薬物スクリーニングや安全性・毒性試験、ADMEでの活用が期待されています。

本ウェビナーでは、CN Bio社が提供するMPSプラットフォームであるPhysioMimixシステムとその有用性についてご紹介します。併せて、長年の研究開発により蓄積されたCN-Bio社と共同研究者の公開データを基に、特にヒト肝臓、ヒト腸、ヒト肺を模倣したOOCの活用事例についてもご紹介できれば幸いです。 PhysioMimixシステムは使いやすいシステム構成とバリデーションされたSOPにより、これからOOCの試験運用をお考えの創薬研究者に向けて、最適なMPS環境をご提供します。



[2025/1/22実施] 上記画像をクリックすると、視聴ページが開きます。お客様情報ご入力後視聴ください。

【タイトル】CN Bio社PhysioMimix^®が提供するReady-to-UseなMPS構築キットのご紹介

【要旨】
前回のウェビナーでは、CN Bio社が提供するMPS (生体模倣システム)プラットフォームであるPhysioMimixシステムの概要とその有用性についてご紹介しました。続いて本ウェビナーでは、生体内環境を模倣したオーガン・オン・チップ(Organ-On-Chip: OOC)技術を用いて、病態モデル作製、薬物スクリーニングや安全性・毒性試験、ADMEなどin vitro細胞実験系の構築を加速するReady-to-UseなCN Bio社MPSキットについてご紹介します。

▼ご紹介製品：
１．NASH-in-a-box：ヒト非アルコール性脂肪肝炎(NASH)をin vitroで再現するためのMPS構築キット
２．Human 18 (Bioavailability assay kit)：ヒト経口薬の生物学的利用能をin vitroでプロファイリングするMPS構築キット

CN Bio社は、自社における研究開発および共同研究により確立されたMPS構築のための材料およびSOPを含むキット製品を今後も続々とリリース予定です。MPS環境をより迅速に、安定して構築するためのPhysioMimixシステムとMPS構築キットを用いた統合的なソリューションの一端を、本ウェビナーでご紹介できれば幸いです。

PhysioMimixは、創薬と薬剤開発のほぼすべての段階において、様々な用途に使用することができます。PhysioMimixにより構築されたヒト生体臓器モデルは、人体を正確に模倣することができるため、疾病メカニズムの理解、潜在的な治療標的の発見、潜在的な治療薬の安全かつ効率的な開発を支援します。

疾患モデル作成 疾患モデルを研究することで、疾患の原因や進行に関する知見が得られます。特定の疾患状態をモデル化することは、潜在的な治療アプローチを特定し、薬効を評価するのに役立ちます。PhysioMimixにより、臓器を機能的に模倣し、疾患表現型をリアルに発現することで、より臨床に近いデータを得ることができます。		代謝性疾患 ✓ ✓  腫瘍学 ✓ ✓  感染症 ✓ ✓
安全性・毒性評価 前臨床毒性プロファイルがきれいな薬剤の多くは、ヒト試験で副作用を生じます。 PhysioMimixによる安全性・毒性予測モデルは、in vivoの機能を忠実に模倣しているため、薬物の安全性をより正確に予測することができ、潜在的な副作用に創薬パイプラインの早い段階で対処し、ヒト試験での予期せぬ副作用を回避することができます。		薬物性肝傷害 (DILI) ✓ ✓  遺伝毒性 ✓
ADME/薬理学的評価 化合物のADME特性の決定は、早期創薬におけるリード化合物の最適化と候補化合物の選択に不可欠です。PhysioMimixのSingle-organモデルおよびMulti-organモデルは、複雑な生理学的環境を正確に模倣し、ヒトのin vivo薬物動態を忠実に予測します。		薬物吸収 ✓ ✓  薬物代謝 ✓ ✓  バイオアベイラビリティ ✓
システム生物学		臓器間クロストーク ✓

• 呼吸器感染研究および治療薬評価のための肺胞および気管支生体模倣システム(MPS)
• ヒト肝臓生体模倣システム(MPS)による薬物誘発性肝毒性の予測
• 脂肪性肝疾患と薬物性肝障害への影響を研究するための肝臓生体模倣システム
• 腸の生体模倣システムによるヒト薬物透過性の予測
• 腸肝生体模倣システムにおける薬物代謝

呼吸器感染研究および治療薬評価のための肺胞および気管支生体模倣システム(MPS)

呼吸器疾患は死亡や身体障害の主な原因であり、慢性閉塞性肺疾患（3位）、下気道感染症（4位）、肺がん（6位）など、世界中で平均寿命を縮める主要原因のトップ10のうち3つを占めています（WHO Global Health Estimates, 2020）。 にもかかわらず、新しい肺治療薬が市場に届く頻度は、他の疾患治療薬の6〜14%に比べ、わずか3%です（Barnes et al.）。 この極端に低い損耗率の一因は、利用可能な前臨床モデルの乏しさにあります。モデルには、非常に高価で非倫理的な非ヒトin vivo実験から、単純なin vitroモデルまで様々なものがありますが、いずれもヒトの肺の生物学と免疫学の複雑さと緻密さを再現することはできません。したがって、ヒトの肺を正確に模倣し、新規治療薬に対する反応を予測する新しい前臨床モデルが絶対的かつ緊急に必要とされています。 このアプリケーション事例では、PhysioMimix®Single-organ StandardモデルとBarrierプレートを用いて、肺胞と気管支の気道モデルを構築しました。これらのモデルが呼吸器感染症の研究開発に使用できるかを検証するため、SARS-CoV-2 Spikeタンパク質を発現する偽型レンチウイルスに感染させたときの反応を調べました。さらに、COVID-19 治療薬の有効性を予測する能力を調べるため、スパイク RBD に対する中和モノクローナル抗体を適用し、感染の状態を比較しました。 Figure 1. 肺胞および気管支MPSモデルの模式図 CN Bio社のPhysioMimix®単一臓器システムを用いて、肺胞および気管支モデルをバリアプレートで作製した。肺胞モデルでは、上皮細胞とTHP-1単球（肺胞マクロファージ）をインサートの先端側で共培養した。気管支モデルでは、上皮細胞は先端側で単独に培養した。両モデルとも、肺内皮細胞はインサートの基底細胞側で培養し、THP-1単球は灌流培地で循環させた。    Figure 2. 灌流培養した肺胞および気管支細胞は優れた組織形成を示し、生理学的に適切な細胞表現型に分化する。 (A) 肺胞組織を切開し、H&E染色で可視化した。(B) 肺胞培養におけるAQP5（AT1細胞）またはSFTPB（ATII細胞）の発現のqPCR解析。(C) MUC5AC（杯細胞）またはSCGB1A1（クラブ細胞）の気管支培養発現のqPCR解析。(D) 気管支組織を薄切し、H&E染色を用いて可視化した。スケールバー、50μm。    Figure 3. 内皮細胞と単球の添加により、異なる炎症反応のマッピングが可能になった。 (A) 肺胞モデルの細胞層の共焦点画像。上皮細胞と単球（Mθ）が先端側（上）、内皮細胞が基底側（下）にある。単球はCellTracker™ Far Red（オレンジ）で、全細胞はファロイジン（マゼンタ）とDAPi（青）で染色した。スケールバー、50μm。(B) 単球（Mθ）を含むまたは含まない気管支共培養物にLPSまたはポリ（I:C）を投与し、48時間にわたってELISAを用いてIP-10発現を解析した。 気管支MPS培養液は、TLR4レセプターを持たないため、LPSに対する反応が完全に欠如していた。単球を添加すると気管支培養の反応が変化し、LPS投与時に単球によって炎症反応が誘導された。(C) 単球（Mθ）を含むまたは含まない肺胞共培養物にLPSまたはポリ（I:C）を投与し、48時間にわたってELISAを用いてIP-10発現を解析した。肺胞培養液は両方の投与に反応したが、ウイルスをシミュレートした投与ではより大きな炎症反応が観察された。    Figure 4. 肺MPSによるCOVID-19中和抗体の有効性の予測。 SARS-CoV-2に感染し、炎症反応を起こすことが確認された(data not shown)肺胞培養を、(A) Spike RBDに対するモノクローナル抗体（0.05、0.5、5μg/ml）の濃度を上げてインキュベートした後、SARS-CoV-2 Spike (D614G)タンパク質を発現する偽型レンチウイルスを用いて感染させた。培養液を48時間インキュベートした後、固定し、アクチン（緑）、DNA（青）、mCherry（赤）を染色した。スケールバー、100μm。(B)1画像あたりの感染巣の数（10画像／条件）。肺MPSモデルの感染は用量依存的に阻害され、COVID-19治療薬の有効性を検証するための肺MPSモデルの有用性が実証された。 CN Bio社 Application Note "Alveolar and bronchial microphysiological systems for respiratory infection research and therapeutics evaluation" から引用

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ヒト肝臓生体模倣システム(MPS)による薬物誘発性肝毒性の予測

肝臓は薬物毒性を最も受けやすい臓器の一つです。薬物性肝障害（drug induced liver injury : DILI）は薬剤開発中止の主な原因であり、FDAが承認した750以上の薬剤にDILIリスクがあることが知られています。近年、DILIをより正確に予測するために、より信頼性の高いヒトin vitro 3D肝モデルが注目されています。 このアプリケーション事例では、Liver-on-a-Chipとしても知られるin vitroヒト肝臓生体模倣システム（microphysiological system : MPS）を用いて、13種類の既知の重度および軽度の肝毒性医薬品と2種類のアンチセンスオリゴヌクレオチド（ASO）を含む幅広い化合物のDILIリスクを正確に予測できるかどうかを評価しました。結果として、肝臓MPSは、試験したすべての化合物についてヒトのDILIを正確に予測しました。従来の2Dおよび一部の3D in vitroモデルでは検出されなかった肝毒性物質（ピオグリタゾン、デキサメタゾン、レボフロキサシン）も識別できました。 Figure 1 - DILIを評価するために肝臓MPSで初代ヒト肝細胞(Primary Human Hepatocyte : PHH)とヒトクッパー細胞(Human Kupffer Cell : HKC)を共培養することによって作製した3D肝臓微小組織の位相差顕微鏡像（10倍および20倍）および免疫蛍光（IF）による標識。HKCを可視化するために、播種前にHKCをeGFP発現アデノウイルスベクターで形質転換した。HKCs細胞は、実験での細胞培養で使用する前に社内で事前に検証され、解凍後の活性化が低レベルでなければならない。これは、バイオマーカーIL-6とTNF-αを測定することで評価される。 Figure 2 - 肝臓MPSは、複数の肝毒性エンドポイントを用いて、トルカポン（high-DILI-concern）とエンタカポン（low-DILI-concern）のDILIプロファイルを正確に作成した。MPSの肝臓微小組織は、トルカポン（青）とエンタカポン（茶）に96時間曝露した。エンドポイントの測定値はすべて同じ肝臓MPS培養から得た。データは平均値±SD、N=3、LDH 放出以外はすべて96 時間のサンプルから得た。LDH 放出は48 時間で測定した。 Table 1 - 3Dヒト肝臓MPS微小組織におけるトルカポンとエンタカポンの毒性。 MPSの肝臓微小組織を両化合物に96時間曝露した。LDHデータは投与後48時間に測定した。データは7点用量反応から作成された。各濃度につきN=3。トルカポンの最大試験濃度＝6.3 x Cmax、エンタカポンの最大試験濃度＝91.5 x Cmax Figure 3 - MPS DILIアッセイは、既知の重度および軽度の肝毒性化合物の傾向を正確に判定する。曝露96時間後、4つの主要なバイオマーカーであるアルブミン、尿素、ATP、臨床バイオマーカーALTについて、曝露補正(Exposure-corrected)細胞毒性または安全マージン（MOS = EC:50/Cmax）を測定した。エンドポイントの測定値はすべて同じ肝臓MPS培養から得た。データは平均値±SD、N=3。試験化合物はDILIランクに基づき、DILI concernが低いもの（左）から高いもの（右）へと並べられている。 CN Bio社 Application Note “Human liver Microphysiological system for predicting the drug-induced liver toxicity of differing drug modalities” より引用

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脂肪性肝疾患と薬物性肝障害への影響を研究するための肝臓生体模倣システム

糖尿病、肥満、メタボリックシンドロームの増加の結果、非アルコール性脂肪性肝疾患（non-alcoholic fatty liver disease; NAFLD）は先進国で最も一般的な慢性肝疾患となっています。NAFLDは、良性の脂肪肝から非アルコール性脂肪性肝炎（non-alcoholic steatohepatitis; NASH）に至る病態のスペクトラムであり、最終的には肝硬変や肝がんに至る可能性があります。 現在、NAFLD/NASHの治療薬としてFDAに承認されたものはなく、この疾患を理解するためのより良いモデルが求められています。さらに、基礎代謝状態に起因する薬物性肝障害（drug induced liver injury; DILI）の潜在的危険因子に対する認識が高まっています。 そこで、PhysioMimixを使用し、肝臓の微細構造を模倣するために3D培養した初代ヒト肝細胞（primary human hepatocytes; PHH）を用いて、ヒト灌流in vitro NAFLDモデルを開発しました。細胞を高濃度の遊離脂肪酸で最大4週間培養し、細胞内にトリグリセリド（脂肪）を蓄積させ、脂肪肝を模倣しました。このモデル細胞のCYP活性の変化について調べ、既知の肝毒性物質がIC:50濃度またはその近辺で投与された場合の影響を調べました。 Figure 1 - 初代ヒト肝細胞は時間とともに細胞内に脂肪を蓄積する。Fat培地で培養したものは遺伝子発現プロファイルに変化を示す。 PHHをFat(脂肪あり)およびLean(脂肪なし)条件下で14日間培養した。脂肪ローディングは微小組織のOil Red O染色で測定し、遺伝子発現はLiver RT2 Profiler PCR Arraysを用いて比較した。A) 細胞内脂肪蓄積を画像化し、B) 510 nmでの吸光度により定量し、総タンパク質含量でノーマライズした。C) アルブミン産生をELISAで定量し、Lean培養とFat培養の間の遺伝子発現変化を D) fold change >1.8、P = <0.05で定義した。E) 主要遺伝子のFat vs Lean条件における発現のfold change。データは9つの独立した培養（各条件につき3人のドナー、各ドナーにつきn=3）から得られた平均±SEM。* = P < 0.05。データは Kostrzewski et al. 2017 から引用。 Figure 2 - NAFLDモデルの肝細胞は代謝活性が変化している。 肝細胞をFat条件下で14日間培養した後、主要なCYP-450酵素の代謝活性を評価するためにプローブ化合物を投与した。各酵素の活性は、48時間にわたる第I相代謝物の産生によって決定した。代謝産物の存在は、LC-MSと代謝産物の標準曲線を用いて定量した。CLZX（CYP2E1の標的）以外のすべての化合物は14日目に投与し、CLZXは7日目に投与した。データはすべてnの最小値 = 3。* = P < 0.05。 Figure 3 - 肝細胞の脂肪ローディングはアセトアミノフェンとチクロピジンによるDILI感受性を高める。 PHHをFat条件下で14日間培養した後、先に決定したIC:50値 (data not shown)付近の濃度のアセトアミノフェン、メトトレキサート、チクロピジンを投与した。PHH微小組織には、各化合物を48時間単回投与または48時間2回投与（multi dose）した。すべての化合物は、0.1%DMSOのvehicleを含むLean培地中で投与した。コントロールのLean微小組織およびFat微小組織にはvehicleのみを投与した。細胞の健康状態は、細胞培養液中のLDH放出、細胞培養液中のアルブミン産生を測定し、異なる化合物投与後の肝細胞のCYP3A4活性（細胞生存率の指標）を測定することにより評価した。アセトアミノフェンとチクロピジンはともに、脂肪ローディング細胞でより顕著なDILI反応を引き起こし、LDHの放出を増加させ、アルブミンの産生を減少させ、CYP3A4活性を低下させた。これらの変化は、multi doseの場合に、しばしば顕著であった。データは平均値±SD、n＝4。* = P < 0.05。 CN Bio社 Application Note “Microphysiological system for studying fatty liver disease and its impact on drug-induced liver injury” より引用

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腸の生体模倣システムによるヒト薬物透過性の予測

Caco-2細胞（ヒト結腸腺がん）単層は、業界標準のin vitroモデルとして確立されており、腸バリアを通過する薬物透過性を予測するのに用いられています。前臨床薬物試験で決定される薬物透過性は、経口薬物が全身循環に到達する量に影響するため、新しい治療薬を開発する際に重要なパラメーターです。標準的なCaco-2モデルは、静置培養皿の多孔性Transwell® 膜上に播種された細胞の単層で構成されています。膜は2つの流体コンパートメント、頂端側と基底側を隔て、Caco-2細胞はコンパートメント間のバリアとなるタイトジャンクションを持つ極性上皮を形成します。 Caco-2 Transwellモデルは広く使用されているにもかかわらず、よく認識されている限界があります。経上皮電気抵抗（transepithelial electrical resistance; TEER）値は、ヒト小腸（50-100 Ω/cm2）に比べ、Caco-2モデル（1400-2000 Ω/cm2）では一般的に1桁高く、さらに、Caco-2モデルは上皮成分しか含まないため、小腸の細胞多様性を再現できません。 近年、前臨床医薬品開発や疾患研究で使用されるin vitroモデルの改良が進められており、特にオーガンオンチップ（organ-on-a-chip; OOC）としても知られる生体模倣システム（microphysiological systems; MPS）の利用が広まっています。MPSは、ヒトの組織や臓器系の構造的・機能的特徴をよりよく表現することを目的としています。これは、組織内の血流を模倣するための細胞培養液の灌流、3D足場での細胞培養、および／または細胞の多様性をよりよく反映するための複数の細胞タイプの使用によって達成されます。 このアプリケーション事例では、PhysioMimix™ Single-Organ システムを用いて腸MPSを培養し、その機能的特性と形態を標準的な静置Caco-2モデルと比較しました。腸MPSでは、上皮細胞（Caco-2）と杯細胞（HT29-MTX）を混合したものをTranswellの基底側に播種し、循環培地に直接曝露させました。流体フローはPhysioMimix™ Single-Organシステムによって制御し、アッセイウインドウは18日目～25日目、培養は最長25日間維持しました。 Figure 1. 腸MPSの概要。 上皮バリアは18日間で形成され、バリア強度の評価にはTEERが使用される。腸モデルは、18日目から25日目までの間、薬剤化合物の透過性、フラックスなどのパラメーターを評価するためのアッセイに使用できる。 A B C D    Figure 2. 腸MPSは複雑な三次元形態と生理学的に適切なバリアを示す。 A. 腸MPSとCaco-2静置培養のバリア完全性はTEERで評価し、7日目以降2-3日ごとに測定した。腸MPSのバリア完全性は、Caco-2静置培養と比較して有意に低下しており、ヒト小腸で観察される生理的な値（50-100 Ω/cm2）に近いことがわかった。n=2-4培養/実験。エラーバー＝標準偏差。 B. 腸MPSについて、ルシファーイエローの見かけの透過係数（Papp）を、Caco-2静置培養と比較して決定した。測定は18日目と25日目に、2つの独立した実験で行った。腸MPSのバリア完全性の低下は、18日目と25日目に別々に試験したルシファーイエローの透過係数（Papp）の低下につながった。n=2-4培養/実験。エラーバー＝標準偏差。 C. 腸MPSとCaco-2静置培養におけるタイトジャンクション遺伝子の発現をqPCRで測定し、ΔCtで表した。腸MPSモデルの転写産物は、Caco-2静置培養と比較して、タイトジャンクションに関連する遺伝子の発現が低いことを示した。このことは、ルシファーイエローのPappおよびTEER測定と相まって、腸MPSバリアがタイトでなく透過性が高いことを示唆しており、したがってin vivo観察と一致している。n=2-4培養/実験。エラーバー＝標準偏差。 D. 腸MPSとCaco-2静置培養のパラフィン包埋切片の組織学的解析。ヘマトキシリン／エオジン染色、または免疫蛍光染色により、タイトジャンクション形成（ZO-1、赤）、ムチン産生細胞の発現（MUC2、緑）、核局在染色（DAPI、青）を示した。n = 2-4 培養/実験。 Figure 3. 腸MPSはタイトジャンクションと粘液を発現している。 タイトジャンクション形成（ZO-1、赤）、ムチン産生細胞の発現（MUC2、緑）、核局在染色（DAPI、青）を示すために染色した腸MPSとCaco-2静置培養の代表的な画像。 Figure 4. 腸MPSはCaco-2静置培養と比較して、薬物透過性の予測性が向上している。 ベラパミル、アテノロール、およびフロセミドのPappは、腸MPSおよびCaco-2静置培養の定量的LC-MSによって測定され、ヒトのバイオアベイラビリティと比較した。フロセミドとアテノロールは腸MPS での透過性が低く、in vivo バイオアベイラビリティのデータとよく相関していたが、Caco-2静置培養では逆相関が観察された。速やかに吸収されるベラパミルは、両モデル間でほぼ同様であった。 CN Bio社 Application Note “Predicting human drug permeability with a gut microphysiological system” より引用。

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腸肝生体模倣システムにおける薬物代謝

候補薬物の有効性と安全性を調べる研究では、ベンチから臨床試験、そして臨床へと研究を移行させるために、様々な動物モデルが用いられています。これらのモデルは、前臨床研究の重要な一部であり続けているが、コストが高い、倫理的な使用に疑問がある、ヒトの生物学の予測因子としては弱いなどの限界があります。 生体模倣システム（Microphysiological systems; MPS）は、オーガンオンチップ（OOC）としても知られ、ヒト組織の構造的・機能的特徴を表現することを目的としています。従来の2Dプラスチック上での細胞培養に比べ、MPSは、組織内の血流を模倣した灌流下において、3D足場上で培養された臓器の複数の細胞タイプを利用することができます。 現在までのところ、MPSは主に複数の細胞タイプから構築される単一臓器の組織モデルであることが多くなっています。in vivoでの薬物動態と薬力学の予測をさらに向上させるためには、薬物の吸収・分布・代謝・排泄（ADME）に関連する複数の組織（腸、肝臓、腎臓など）を組み込んだ、より複雑なMPSモデルが必要です。 このアプリケーション事例では、CN Bio社のPhysioMimix™ Multi-Organ モデルとMPS-TL6 プレート (Dual-organプレート)を用いて多臓器腸肝MPSを構築しました。腸バリアは、透過性のTranswell®膜上で培養した腸上皮細胞株と杯細胞株を混合したものを用いて作製しました。経口薬物投与を模倣するため、腸バリアの頂端側からジクロフェナクを投与した場合の動態と代謝を示すことを目的としました。さらに、数理モデリングを用いてMPS-TL6における濃度プロファイルを記述し、薬物投与計画の最適化を可能にしました。 Figure 1. MPS-TL6 プレート (Dual-organプレート)。蒸発による液体ロスを抑えるリザーバーウェルに囲まれた、6つの独立した培養ウェルがある。肝臓MPSとTranswellコンパートメント（腸MPS）、および両者間の連結流路で、それぞれ独立して流体のフローを制御する。 腸肝MPS-TL6アッセイのタイムライン。初代ヒト肝細胞（PHH）は肝臓MPSの3D人工足場に播種し、1日目に培地を交換する。4日目に培地サンプルを採取し、QC測定基準値を評価する。腸Transwellを腸MPSに加え、薬物投与アッセイを行うか、長期共培養を行う。 Figure 2. 肝臓と腸の機能性マーカーはMPS-TL6での培養中も維持される。 肝機能マーカーは4日目（肝臓のみ）および7日目（肝臓MPSのみ、腸肝臓MPS）に評価した。A) 代謝能はP450-Glo™ CYP3A4アッセイを用いて評価し、肝臓MPSでは終始維持された。B) 細胞毒性の指標である低レベルのLDHが、肝臓MPSでは7日目に検出された。ELISAアッセイを行い、C) PHHによる尿素の産生とD) アルブミン産生を定量したところ、両者とも培養期間のあいだ安定していた。E) 上皮バリアの安定性について、MPS-TL6に腸Transwellを添加する前（4日目）と試験終了時（7日目）のTEER測定により評価したところ、腸MPSでは維持されていた。安定性は、24ウェルプレートで同一の培地条件で静置培養したコントロールTranswellと同等であった。データは平均値±SD。 Figure 3. 腸肝MPSにおける薬物クリアランスの予測に数理モデリングが使用できる。 腸と肝臓を培養したMPS-TL6プレート内の濃度プロファイルを記述するために常微分方程式（ordinary differential equations; ODE）を記述し、Rプログラミング言語とパッケージRxODEを用いてシミュレーションを行った。A) 腸Transwell頂端コンパートメントと B) 肝臓コンパートメントに20、40、80μMを投与したときの、異なるプレートコンパートメントにおけるジクロフェナク濃度を予測した。C) モデルを検証するために、PHHによるジクロフェナク代謝クリアランス速度が肝臓コンパートメントの濃度プロファイルに及ぼす影響をシミュレートした。 Figure 4. 腸肝MPSにおけるジクロフェナクの初回通過代謝のモデル化。 MPS-TL6プレートでジクロフェナクを（経口投与を模倣して）腸MPSの頂端コンパートメントに投与し、0、1、6、24、29、48時間後に肝臓MPSから培地サンプルを採取し、A) ジクロフェナク（親分子）とB) その一次代謝物である4'-ヒドロキシジクロフェナクの濃度をLC-MSで定量した。MPS-TL6は、以下の条件で培養した：腸MPSのみ（PHHなし）、肝臓MPSのみ（腸バリアなし、細胞なしのブランクTranswellに薬物を投与）、腸と肝臓MPSの両方。肝臓MPSでは、親薬物および代謝物の時間依存的濃度が検出された。データは各条件につき3ウェルの平均±SD。 CN Bio社 Application Note “Drug metabolism in a gut-liver microphysiological system” より引用

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PhysioMimix^®の消耗品は、標準的な細胞培養プレートのような外観と使用感で、2Dアッセイからオーガンオンチップへの迅速な移行をサポートします。

Liver プレート (型式：MPS-LC12、MPS-LC48) 初代培養ヒト肝細胞および非実質細胞に最適な条件を提供可能なプレートです。12ウェルのLiver-12、48ウェルのLiver-48があります。 12  ●  ●  ● 48  ●
Barrier プレート (型式：MPS-T12) 腸や肺などの、より生理学的に適切な生物学的バリアモデルを構築するためのプレートです。腎臓など他の臓器モデルにも使用可能です。 ●  ●  ●
Dual-organプレート (型式：MPS-TL6) バリアモデルと肝臓モデルの2 臓器連結を可能にするプレートです。 ●

●  PhysioMimix Single-organ Standard   ●  PhysioMimix Single-organ HT   ●  PhysioMimix Multi-organ Standard


PhysioMimix 各モデルとの適合性

モデル	Single-organ		Multi-organ
	Standard	HT	Standard
Liver-12プレート	●	●	●
Liver-48プレート	×	●	×
Barrierプレート	●	●	●
Dual-organプレート	×	×	●

3D検証済み細胞

CN Bio社は、長期3D細胞培養で増殖することが検証された、生理学的に適切な細胞を特定しています。CN Bio社の3D検証済み細胞カタログから細胞を選択することで、オーガンオンチップ研究から臨床への
橋渡しが可能な、信頼性の高いデータを迅速に作成することができます。

• Primary human hepatocyte cells
• Primary human Kupffer cells

NASH-in-a-box

NASH-in-a-boxには、業界で検証済みのヒトin vitro非アルコール性脂肪肝炎(non-alcoholic steatohepatitis;NASH)モデルをご自身の研究室で再現するために必要な、細胞、試薬、プレートがすべて含まれています。PhysioMimix single-organおよびmulti-organモデル用に設計されており、オーガンオンチップ・アプローチの迅速な導入が可能です。



Bioavailability assay kit: Human 18  

ヒト in vitro 腸／肝臓オンチップモデルとバイオアベイラビリティアッセイをご自身の研究室で再現するために必要な細胞、試薬、プレートがすべて含まれているキットです。

PhysioMimix Multi-organ システムを使用し、流路で連結された初代ヒトRepliGut^®-Planar Jejunum/PhysioMimix 肝臓オンチップモデルを迅速に導入することができます。長年の研究により開発・改良された検証済みの組織モデルとプロトコルを使用しているため、モデル化/アッセイ法の開発とバリデーションが不要です。

腸および肝臓のADME推定に加え、流路で連結した２臓器システムを介した経口バイオアベイラビリティプロファイリングが可能になります。

• コントローラー
  最大2 つのドッキングステーション(最大6枚のプレート)を接続可能です。
• ドッキングステーション
  コントローラーとMPSドライバーを仲介します。
  1つのドッキングステーションに３つのMPSドライバーを搭載可能です。
• MPSドライバー
  プレート1枚の接続にMPSドライバー1つが必要です。

【仕様】 (モデル共通)

	コントローラー	ドッキングステーション	MPSドライバー
寸法 (W) x (D) x (H) mm	230 x 430 x 415	435 x 380 x 65	135 x 230 x 55
重量	17.5kg	4.4kg	1.9kg
電源	100-240V 50/60Hz、 最大消費電力：500W	-	-

【型式】

	コントローラー	ドッキングステーション	MPSドライバー
Single-organ Standard	PMX-T1-CON	PMX-T1-DS3	PMX-T1-MD6
Single-organ HT	PMX-T1-HT-CON		PMX-T1-MD7
Multi-organ	PMX-M1-CON	PMX-M1-DS3	PMX-M1-MD5

※ソフトウェアライセンスｘ1が付属します。

疾患モデル作成
【COPD】
Advanced pathophysiology mimicking lung models for accelerated drug discovery
Thanh Huyen Phan et al., Biomaterials Research volume 27, Article number: 35 (2023)
doi. :10.1186/s40824-023-00366-x

【HBV】
3D microfluidic liver cultures as a physiological preclinical tool for hepatitis B virus infection
A. M. Ortega-Prieto et al., Nature Communications volume 9, Article number: 682 (2018)
doi. : 10.1038/s41467-018-02969-8

【NAFLD/NASH】 【Oncology】
β2-spectrin (SPTBN1) as a therapeutic target for diet-induced liver disease and preventing cancer development
Shuyun Rao et al., Sci Transl Med. 2021 Dec 15;13(624):eabk2267. doi: 10.1126/scitranslmed.abk2267.
doi. : 10.1126/scitranslmed.abk2267

【NAFLD/NASH】
Bone morphogenetic protein 8B promotes the progression of non-alcoholic steatohepatitis
Michele Vacca et al., Nature Metabolism volume 2, pages514–531 (2020)
doi. :10.1038/s42255-020-0214-9


安全性・毒性学
【DILI】
Normalization of organ-on-a-Chip samples for mass spectrometry based proteomics and metabolomics via Dansylation-based assay
Erin M. Gallagher et al., Toxicology in Vitro Volume 88, April 2023, 105540
doi. :10.1016/j.tiv.2022.105540

【Immuno-medicated toxicity】
Gut-Liver physiomimetics reveal paradoxical modulation of IBD-related inflammation by short-chain fatty acids
Martin Trapecar et al., Cell Syst. 2020 Mar 25; 10(3): 223–239.e9. Published online 2020 Mar 18.
doi. : 10.1016/j.cels.2020.02.008


安全性・毒性学 / ADME
【DILI】 【Drug Metabolism】 【Drug absorption】
Multiorgan microphysiological systems as tools to interrogate interorgan crosstalk and complex diseases
Martin Trapecar, FEBS Lett. 2022 Mar;596(5):681-695.
doi. : 10.1002/1873-3468.14260

【DILI】 【Drug Metabolism】 【Drug absorption】 【General OOC】
Interconnected Microphysiological Systems for Quantitative Biology and Pharmacology Studies
Collin D. Edington et al., Scientific Reports volume 8, Article number: 4530 (2018)
doi. :10.1038/s41598-018-22749-0

【DILI】 【Immuno-medicated toxicity】 【Drug Metabolism】
Characterizing the reproducibility in using a liver microphysiological system for assaying drug toxicity, metabolism, and accumulation
Andrés Rubiano et al., Clinical and Translational Science, 2021 May;14(3):1049-1061.
doi. :10.1111/cts.12969

【Genotoxicity】
Liver-on-chip model and application in predictive genotoxicity and mutagenicity of drugs
B. Kopp et al., Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2024 May-Jun:896:503762. doi:10.1016/j.mrgentox.2024.503762


ADME
【Drug Metabolism】 【Drug absorption】
Application of a gut–liver-on-a-chip device and mechanistic modelling to the quantitative in vitro pharmacokinetic study of mycophenolate mofetil
Nicoló Milani et al., Lab Chip. 2022 Jul 26;22(15):2853-2868.
doi. :10.1039/d2lc00276k


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