Name: 薬物薬物動態および毒物学的評価のための腸/肝臓微生理学的システム (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-12-03T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 59 s
Description: 学ぶ腸・肝臓オルガノイドを用いたマイクロ生理学的システムによる薬物動態と毒性評価の手法。アセトアミノフェンを用いた実験で組織機能を検証し、動物実験代替への応用可能性を示す。

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クリスティ・グゲン=ギロウゾ博士、522号機INSERMのフィリップ・グリポン博士、インセルム271号機271 INSERMのクリスチャン・トレポ博士に感謝します。

<ol><li>Zhang, D., Luo, G., Ding, X., Lu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preclinical+experimental+models+of+drug+metabolism+and+disposition+in+drug+discovery+and+development%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Pharmaceutica+Sinica+B%22%5BJournal%5D)">Preclinical experimental models of drug metabolism and disposition in drug discovery and development.</a> Acta Pharmaceutica Sinica B. 2 (6), 549-561 (2012).</li>
<li>Hynds, R. E., Giangreco, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+relevance+of+human+stem+cell-derived+organoid+models+for+epithelial+translational+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Stem+Cells%22%5BJournal%5D)">The relevance of human stem cell-derived organoid models for epithelial translational medicine.</a> Stem Cells. 31 (3), 417-422 (2013).</li>
<li>Sivaraman, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Microscale+In+vitro+Physiological+Model+of+the+Liver%3A+Predictive+Screens+for+Drug+Metabolism+and+Enzyme+Induction%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Drug+Metabolism%22%5BJournal%5D)">A Microscale In vitro Physiological Model of the Liver: Predictive Screens for Drug Metabolism and Enzyme Induction.</a> Current Drug Metabolism. 6 (6), 569-591 (2005).</li>
<li>Dehne, E. M., Hasenberg, T., Marx, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+ascendance+of+microphysiological+systems+to+solve+the+drug+testing+dilemma%5BTitle%5D)+AND+%22Future+Science+OA%22%5BJournal%5D)">The ascendance of microphysiological systems to solve the drug testing dilemma.</a> Future Science OA. 3 (2), 185(2017).</li>
<li>Oleaga, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-Organ+toxicity+demonstration+in+a+functional+human+in+vitro+system+composed+of+four+organs%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Multi-Organ toxicity demonstration in a functional human in vitro system composed of four organs.</a> Scientific Reports. 6, 20030(2016).</li>
<li>Maschmeyer, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+four-organ-chip+for+interconnected+long-term+co-culture+of+human+intestine%2C+liver%2C+skin+and+kidney+equivalents%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">A four-organ-chip for interconnected long-term co-culture of human intestine, liver, skin and kidney equivalents.</a> Lab Chip. 15 (12), 2688-2699 (2015).</li>
<li>Esch, M. B., Mahler, G. J., Stokol, T., Shuler, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Body-on-a-chip+simulation+with+gastrointestinal+tract+and+liver+tissues+suggests+that+ingested+nanoparticles+have+the+potential+to+cause+liver+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Body-on-a-chip simulation with gastrointestinal tract and liver tissues suggests that ingested nanoparticles have the potential to cause liver injury.</a> Lab Chip. 14 (16), 3081-3092 (2014).</li>
<li>Materne, E. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Multi-organ+Chip+-+A+Microfluidic+Platform+for+Long-term+Multi-tissue+Coculture%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">The Multi-organ Chip - A Microfluidic Platform for Long-term Multi-tissue Coculture.</a> Journal of Visualized Experiments. , e52526(2015).</li>
<li>Esch, M. B., Ueno, H., Applegate, D. R., Shuler, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modular%2C+pumpless+body-on-a-chip+platform+for+the+co-culture+of+GI+tract+epithelium+and+3D+primary+liver+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Modular, pumpless body-on-a-chip platform for the co-culture of GI tract epithelium and 3D primary liver tissue.</a> Lab Chip. 16 (14), 2719-2729 (2016).</li>
<li>Sung, J. H., Kam, C., Shuler, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+microfluidic+device+for+a+pharmacokinetic%E2%80%93pharmacodynamic+%28PK-PD%29+model+on+a+chip%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">A microfluidic device for a pharmacokinetic–pharmacodynamic (PK-PD) model on a chip.</a> Lab on a Chip. 10 (4), 446-455 (2010).</li>
<li>Viravaidya, K., Sin, A., Shuler, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+Microscale+Cell+Culture+Analog+to+Probe+Naphthalene+Toxicity%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnology+Progress%22%5BJournal%5D)">Development of a Microscale Cell Culture Analog to Probe Naphthalene Toxicity.</a> Biotechnology Progress. 20 (1), 316-323 (2004).</li>
<li>Sin, A., Chin, K. C., Jamil, M. F., Kostov, Y., Rao, G., Shuler, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Design+and+Fabrication+of+Three-Chamber+Microscale+Cell+Culture+Analog+Devices+with+Integrated+Dissolved+Oxygen+Sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnology+Progress%22%5BJournal%5D)">The Design and Fabrication of Three-Chamber Microscale Cell Culture Analog Devices with Integrated Dissolved Oxygen Sensors.</a> Biotechnology Progress. 20 (1), 338-345 (2004).</li>
<li>Tsamandouras, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrated+Gut+and+Liver+Microphysiological+Systems+for+Quantitative+In+vitro+Pharmacokinetic+Studies%5BTitle%5D)+AND+%22The+AAPS+Journal%22%5BJournal%5D)">Integrated Gut and Liver Microphysiological Systems for Quantitative In vitro Pharmacokinetic Studies.</a> The AAPS Journal. 19 (5), 1499-1512 (2017).</li>
<li>Graham, G. G., Davies, M. J., Day, R. O., Mohamudally, A., Scott, K. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+modern+pharmacology+of+paracetamol%3A+Therapeutic+actions%2C+mechanism+of+action%2C+metabolism%2C+toxicity+and+recent+pharmacological+findings%5BTitle%5D)+AND+%22Inflammopharmacology%22%5BJournal%5D)">The modern pharmacology of paracetamol: Therapeutic actions, mechanism of action, metabolism, toxicity and recent pharmacological findings.</a> Inflammopharmacology. 21 (3), 201-232 (2013).</li>
<li>Hodgman, M. J., Garrard, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Review+of+Acetaminophen+Poisoning%5BTitle%5D)+AND+%22Critical+Care+Clinics%22%5BJournal%5D)">A Review of Acetaminophen Poisoning.</a> Critical Care Clinics. 28 (4), 499-516 (2012).</li>
<li>Maschmeyer, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chip-based+human+liver-intestine+and+liver-skin+co-cultures+-+A+first+step+toward+systemic+repeated+dose+substance+testing+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Pharmaceutics+and+Biopharmaceutics%22%5BJournal%5D)">Chip-based human liver-intestine and liver-skin co-cultures - A first step toward systemic repeated dose substance testing in vitro.</a> European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 95, 77-87 (2015).</li>
<li>Bessems, J. G. M., Vermeulen, N. P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Paracetamol+%28acetaminophen%29-induced+toxicity%3A+Molecular+and+biochemical+mechanisms%2C+analogues+and+protective+approaches%5BTitle%5D)+AND+%22Critical+Reviews+in+Toxicology%22%5BJournal%5D)">Paracetamol (acetaminophen)-induced toxicity: Molecular and biochemical mechanisms, analogues and protective approaches.</a> Critical Reviews in Toxicology. 31 (1), 55-138 (2001).</li>
<li>Hirt, M. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Increased+afterload+induces+pathological+cardiac+hypertrophy%3A+A+new+in+vitro+model%5BTitle%5D)+AND+%22Basic+Research+in+Cardiology%22%5BJournal%5D)">Increased afterload induces pathological cardiac hypertrophy: A new in vitro model.</a> Basic Research in Cardiology. 107 (6), 307(2012).</li>
<li>Fink, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chronic+stretch+of+engineered+heart+tissue+induces+hypertrophy+and+functional+improvement%5BTitle%5D)+AND+%22The+FASEB+journal+official+publication+of+the+Federation+of+American+Societies+for+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Chronic stretch of engineered heart tissue induces hypertrophy and functional improvement.</a> The FASEB journal official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology. 14 (5), 669-679 (2000).</li>
<li>Zhang, B., Peticone, C., Murthy, S. K., Radisic, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+standalone+perfusion+platform+for+drug+testing+and+target+validation+in+micro-vessel+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Biomicrofluidics%22%5BJournal%5D)">A standalone perfusion platform for drug testing and target validation in micro-vessel networks.</a> Biomicrofluidics. 7 (4), 044125(2013).</li>
<li>Araújo, F., Sarmento, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+the+characterization+of+an+in+vitro+triple+co-culture+intestine+cell+model+for+permeability+studies%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Pharmaceutics%22%5BJournal%5D)">Towards the characterization of an in vitro triple co-culture intestine cell model for permeability studies.</a> International Journal of Pharmaceutics. 458 (1), 128-134 (2013).</li>
<li>Cadena-Herrera, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Validation+of+three+viable-cell+counting+methods%3A+Manual%2C+semi-automated%2C+and+automated%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnology+Reports%22%5BJournal%5D)">Validation of three viable-cell counting methods: Manual, semi-automated, and automated.</a> Biotechnology Reports. 7, 9-16 (2015).</li>
<li>User Guide Millicell® ERS-2 Electrical Resistance System. Millipore. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.merckmillipore.com/BR/pt/life-sciencee-research/cell-culture-systems/cell-analysis/millicell-ers-2-voltohmmeter/FiSb.qB.LDgAAAFBdMhb3.r5">http://www.merckmillipore.com/BR/pt/life-sciencee-research/cell-culture-systems/cell-analysis/millicell-ers-2-voltohmmeter/FiSb.qB.LDgAAAFBdMhb3.r5</a> 6-10 (2016).</li>
<li>Gripon, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Infection+of+a+human+hepatoma+cell+line+by+hepatitis+B+virus%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Infection of a human hepatoma cell line by hepatitis B virus.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99 (24), 15655-15660 (2002).</li>
<li>Guillouzo, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+human+hepatoma+HepaRG+cells%3A+A+highly+differentiated+model+for+studies+of+liver+metabolism+and+toxicity+of+xenobiotics%5BTitle%5D)+AND+%22Chemico-Biological+Interactions%22%5BJournal%5D)">The human hepatoma HepaRG cells: A highly differentiated model for studies of liver metabolism and toxicity of xenobiotics.</a> Chemico-Biological Interactions. 168 (1), 66-73 (2007).</li>
<li>Wagner, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+dynamic+multi-organ-chip+for+long-term+cultivation+and+substance+testing+proven+by+3D+human+liver+and+skin+tissue+co-culture%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">A dynamic multi-organ-chip for long-term cultivation and substance testing proven by 3D human liver and skin tissue co-culture.</a> Lab on a Chip. 13 (18), 3538-3547 (2013).</li>
<li>Forrest, J. A. H., Clements, J. A., Prescott, L. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clinical+Pharmacokinetics+of+Paracetamol%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+Pharmacokinetics%22%5BJournal%5D)">Clinical Pharmacokinetics of Paracetamol.</a> Clinical Pharmacokinetics. 7 (2), 93-107 (1982).</li>
<li>Dollery, C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDollery%2C+C+%22Therapeutic+Drugs%22">Therapeutic Drugs</a>. , Churchill Livingstone. London. (1999).</li>
<li>Food and Drug Administration Guidance for Industry: Bioanalytical method validation. U.S. Department of Health and Human Services. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.labcompliance.de/documents/FDA/FDA-Others/Laboratory/f-507-bioanalytical-4252fnl.pdf">http://www.labcompliance.de/documents/FDA/FDA-Others/Laboratory/f-507-bioanalytical-4252fnl.pdf</a> (2013).</li>
<li>Shah, V. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioanalytical+method+validation-a+revisit+with+a+decade+of+progress%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmaceutical+research%22%5BJournal%5D)">Bioanalytical method validation-a revisit with a decade of progress.</a> Pharmaceutical research. 17 (12), 1551-1557 (2000).</li>
<li>Marin, T. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shp2+negatively+regulates+growth+in+cardiomyocytes+by+controlling+focal+adhesion+kinase%2Fsrc+and+mTOR+pathways%5BTitle%5D)+AND+%22Circulation+Research%22%5BJournal%5D)">Shp2 negatively regulates growth in cardiomyocytes by controlling focal adhesion kinase/src and mTOR pathways.</a> Circulation Research. 103 (8), 813-824 (2008).</li>
<li>Linkert, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metadata+matters%3A+Access+to+image+data+in+the+real+world%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Cell+Biology%22%5BJournal%5D)">Metadata matters: Access to image data in the real world.</a> Journal of Cell Biology. 189 (5), 777-782 (2010).</li>
<li>OECD. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((OECD+TG+491+-+Short+Time+Exposure+In+vitro+Test+Method+for+Identifying+i%29+Chemicals+Inducing+Serious+Eye+Damage+and+ii%29+Chemicals+Not+Requiring+Classification+for+Eye+Irritation+or+Serious+Eye+Damage%5BTitle%5D)+AND+%22OECD%22%5BJournal%5D)">OECD TG 491 - Short Time Exposure In vitro Test Method for Identifying i) Chemicals Inducing Serious Eye Damage and ii) Chemicals Not Requiring Classification for Eye Irritation or Serious Eye Damage.</a> OECD. 14, OECD guidelines for the testing of chemicals (2018).</li>
<li>Fernandes, M. B., Gonçalves, J. E., Tavares, L. C., Storpirtis, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Caco-2+cells+permeability+evaluation+of+nifuroxazide+derivatives+with+potential+activity+against+methicillin-resistant+Staphylococcus+aureus+%28MRSA%29%5BTitle%5D)+AND+%22Drug+Development+and+Industrial+Pharmacy%22%5BJournal%5D)">Caco-2 cells permeability evaluation of nifuroxazide derivatives with potential activity against methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA).</a> Drug Development and Industrial Pharmacy. 41 (7), 1066-1072 (2015).</li>
<li>OECD. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((OECD+TG+492+-+Reconstructed+human+Cornea-like+Epithelium+%28RhCE%29+test+method+for+identifying+chemicals+not+requiring+classification+and+labelling+for+eye+irritation+or+serious+eye+damage%5BTitle%5D)+AND+%22OECD%22%5BJournal%5D)">OECD TG 492 - Reconstructed human Cornea-like Epithelium (RhCE) test method for identifying chemicals not requiring classification and labelling for eye irritation or serious eye damage.</a> OECD. 35, OECD guidelines for the testing of chemicals (2018).</li>
<li>OECD, O. E. C. D. OECD. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((OECD+TG+431+-+In+vitro+skin+corrosion%3A+reconstructed+human+epidermis+%28RHE%29+test+method%5BTitle%5D)+AND+%22OECD%22%5BJournal%5D)">OECD TG 431 - In vitro skin corrosion: reconstructed human epidermis (RHE) test method.</a> OECD. 8, OECD guidelines for the testing of chemicals (2016).</li>
<li>OECD. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((OECD+TG+439+-+In+vitro+Skin+Irritation%3A+Reconstructed+Human+Epidermis+Test+Method%5BTitle%5D)+AND+%22OECD%22%5BJournal%5D)">OECD TG 439 - In vitro Skin Irritation: Reconstructed Human Epidermis Test Method.</a> OECD. 21, OECD guidelines for the testing of chemicals (2015).</li>
<li>Marin, T. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acetaminophen+absorption+and+metabolism+in+an+intestine%2Fliver+microphysiological+system%5BTitle%5D)+AND+%22Chemico-Biological+Interactions%22%5BJournal%5D)">Acetaminophen absorption and metabolism in an intestine/liver microphysiological system.</a> Chemico-Biological Interactions. 299, 59-76 (2019).</li>
<li>Maass, C., Stokes, C. L., Griffith, L. G., Cirit, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-functional+scaling+methodology+for+translational+pharmacokinetic+and+pharmacodynamic+applications+using+integrated+microphysiological+systems+%28MPS%29%5BTitle%5D)+AND+%22Integrative+Biology+%28United+Kingdom%29%22%5BJournal%5D)">Multi-functional scaling methodology for translational pharmacokinetic and pharmacodynamic applications using integrated microphysiological systems (MPS).</a> Integrative Biology (United Kingdom). 9 (4), 290-302 (2017).</li>
<li>Sung, J. H., Wang, Y., Shuler, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strategies+for+using+mathematical+modeling+approaches+to+design+and+interpret+multi-organ+microphysiological+systems+%28MPS%29%5BTitle%5D)+AND+%22APL+Bioengineering%22%5BJournal%5D)">Strategies for using mathematical modeling approaches to design and interpret multi-organ microphysiological systems (MPS).</a> APL Bioengineering. 3 (2), 021501(2019).</li>
</ol>

著者らは開示するものは何もない。

次の開発ステップでリスクを低減するためには、調査用新薬の薬理学的特性の正確かつ信頼性の高い評価が不可欠です。MPSは比較的新しい技術であり、予測力を向上させ、前臨床試験に費やすコストと時間を削減することを目的としています。私たちのグループは、主に鉛最適化に必要な薬物動態および毒物学的特性の評価を進めています。私たちは、2つの部屋を持つ2-OCマイクロ流体デバイスと協力して、2つのオルガノイドの統合を可能にしました。APAPは、高品質の人間のデータをたくさん持っているので選ばれました, 主に肝臓によって代謝されています, また、肝毒性特性を表示します.研究プロトコルは、薬物がボランティアに経口投与されるヒト第I相臨床試験のいくつかのステップをエミュレートすることを目的とし、薬物動態特性を知るために薬物の濃度を評価するために定期的な血液サンプルを採取し、生化学的および臨床的パラメータを収集して安全性と耐容性を評価する。したがって、MPS が十分に進化して信頼性の高い予測を提供できる場合、第 1 段階の試行で障害が発生するリスクが大幅に軽減されます。将来的に疾患モデルを追加することにより、同じ仮定がフェーズIIおよびIII臨床試験にも適用され...

ゲノムとプロテオミクスの違いにより、動物モデルはいくつかの人間の結果に対して予測値が限られています。さらに、彼らは時間がかかり、高価で倫理的に疑わしい1です。MPSは、予測力の向上を目的とし、前臨床試験に費やされるコストと時間を削減することを目的とした比較的新しい技術です。オルガノイド(臓器の人工模倣機能単位)を、オルガノイドとオルガノイドのコミュニケーションを促進する媒体流れの下で育成する微小流体デバイスです。ヒト細胞から作られたオルガノイドは、翻訳関連性を2、3、4に増加させる。MPSは、遺伝的にヒトであり、組織間の相互作用を再現するため、動物実験よりも優れたパフォーマンスを発揮することが期待されています。完全に機能すると、MPSはより高い速度と低コストとリスク4で、より有意義な結果を提供します。多くのグループは、いくつかの目的のためにMPSを開発しています, 特に薬物の有効性をテストするための疾患モデル.
暴露レベルは、薬効と毒性5、6、7、8、9、10、11、12を評価するための最も重要なパラメータの1つです。MPSは全身暴露をエミュレートするオルガノイド統合を可能にし、従来の2Dヒト組織培養よりも優れたパフォーマンスを発揮することが期待される。この技術は、化合物腸吸収と肝臓代謝の予測を大幅に改善することができます4.
腸と肝臓のヒト等価モデルを統合するMPSは、薬物生物学的利用能および全身暴露におけるこれら2つの器官の中心的な役割を考慮して、良い出発点である13、14、15。APAPは、その代謝が主に肝臓16、17によって行われるので、腎臓と同等のMPSを研究するための魅力的な薬です。
2-OCは、マイクロチャネル16によって相互接続された2つの異なるヒト等価組織/オルガノイドの培養に適した2チャンバーマイクロ流体装置である。インビトロヒトの経口/静脈内投与をエミュレートし、腸と肝臓の同等物がAPAP薬物動態に及ぼすクロストークの影響を評価するために、 オルガノイドの機能性と生存率に加えて、3つの異なるMPSアセンブリが行われました:(1)2-OCデバイスに統合されたCaco-2 + HT-29細胞の共培養を含む培養インサートに基づく腸と同等の腸で構成される「腸2-OC MPS」。(2)2-OCデバイスに組み込まれたヘパRG+HHSteC(ヒト肝星状細胞)から成る肝スフェロイドで構成される「肝臓2-OC MPS」。そして(3)マイクロ流体チャネルを通る媒体流によって他方の肝臓と同等の肝臓と通信する一つの装置コンパートメントの腸と同等の腸で構成される「腸/肝臓2-OC MPS」。
全てのアッセイは、細胞の生存率及び機能性18、19、20に対する機械的刺激(圧縮、伸張、および剪断)の影響による静的(流れなし)および動的(流れ)条件下で行われた。本稿では、APAP経口/静脈内投与エミュレーションのプロトコルと、ヒト腸および肝臓等価モデルを含む2-OC MPSにおけるそれぞれの吸収/代謝および毒物学的分析について説明する。

<table><tbody><tr><td>1x DPBS</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>14190235</td><td>カルシウムなし、マグネシウムなし</td></tr><tr><td>2-OC</td><td>TissUse GmbH</td><td></td><td>2 臓器チップ</td></tr><tr><td>384ウェルスフェロイドマイクロプレート</td><td>コーニング</td><td>3830</td><td>ブラック/クリア、丸底、超低 付着</td></tr>性 <tr><td>4% パラホルムアルデヒド</td><td></td><td></td><td>細胞の固定に使用</td></tr><tr><td>アセトアミノフェン</td><td>Sigma Aldrich</td><td>A7085</td><td>MPSアッセイに使用</td></tr><tr><td>アセトニトリルテ</td><td>ディア</td><td></td><td>HPLCの実施に使用</td></tr><tr><td>アレクサフルオア 647ファロイジン</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td></td><td>共焦点実験</td></tr><tr><td></td><td>シグマ・アルドリッチ</td><td></td><td>HPLCの実施に使用</td></tr><tr><td>Caco-2細胞</td><td>シグマ・アルドリッチ</td><td>86010202</td><td></td></tr><tr><td>カコジル酸緩衝液</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>細胞培養フラスコ</td><td>Sarstedt</td><td></td><td></td></tr><tr><td>共焦点蛍光顕微鏡</td><td>ライカ</td><td>DMI6000</td><td></td></tr><tr><td>クライオスタット</td><td>ライカ</td><td>CM1950</td><td></td></tr><tr><td>DMEM 高グルコース</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>12800017</td><td>サプリメントを追加:10% ウシ胎児血清、100 単位/mL ペニシリン、100 &micro;g/mL ストレプトマイシン、および 1% 非必須アミノ酸</td></tr><tr><td>DMSO</td><td>Sigma Aldrich</td><td>D4540</td><td>HepaRG 培地に 2% 添加</td></tr><tr><td>エタノール</td><td>シンセ</td><td></td><td></td></tr> ウ<tr><td>シ胎児血清</td><td>サーモフィッシャー サイ</td>エンティフィック <td>12657029</td><td></td></tr><tr><td>凍結培地 OCT</td><td>Tissue-Tek</td><td></td><td>ティッシュテック&reg; O.C.T.&trade;コンパウンドは、水溶性グリコールと樹脂の配合物であり、-10°Cの温度でのクライオスタット切片作成に便利な試料マトリックスを提供します。C以下。</td></tr><tr><td>ヘマトキシリン&Eosin</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>HepaRG細胞</td><td>Biopredic International</td><td>HPR101</td><td>未分化細胞</td></tr><tr><td>HHSTeC</td><td>ScienCell Research Laboratories</td><td>5300</td><td>細胞およびすべての培養サプリメント</td></tr><tr><td>Hoechst 33342</td><td></td><td></td><td>HCA実験</td></tr><tr><td>HT-29細胞</td><td>Sigma Aldrich</td><td>85061109</td><td></td></tr><tr><td>Human Insulin</td><td>Invitrogen -サーモフィッシャーサイエンティフィ</td>ック<td>12585014</td><td></td></tr><tr><td>ヒドロコルチゾン</td><td>Sigmaアルドリッチ</td><td>H0888イ</td><td></td></tr><tr><td>ソプロパノール</td><td>メルク</td><td>278475</td><td></td></tr><tr><td>カルノフスキー'固定剤</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>L-グルタミン</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>A2916801</td><td></td></tr><tr><td>Luna C18 ガードカラム SS</td><td>フェノメネックス</td><td></td><td>HPLC</td></tr><tr><td>顕微鏡</td><td>ライカ</td><td>DMi4000</td><td></td></tr><tr><td>ミクロトーム</td><td>ライカ</td><td>RM2245</td><td></td></tr><tr><td>ミリセル 0.4 &micro;m孔径インサート</td><td>メルク</td><td>PIHP01250</td><td></td></tr><tr><td>ミリセル ERS-2メーター</td><td>メルク</td><td>MERS00002</td><td>TEER測定に使用</td></tr><tr><td>MitoTracker ディープレッド</td><td></td><td></td><td>HCA実験</td></tr><tr><td>MTT</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>M6494</td><td></td></tr><tr><td>MX3000Pシステム</td><td>アジレントテクノロジー</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ズ ノイバウアーチャンバー</td><td></td><td></td><td>細胞を数える</td></tr><tr><td>オペレッタハイコンテントイメージングシステム</td><td>パーキンエルマー</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ルシフェリン-IPA</td><td>プロメガ</td><td>Cat.#V9001</td><td></td></tr>ペ<tr><td>ニシリン/ストレプトマイシン</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック15070063サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td></td><td>細胞培養</td></tr><tr><td>パーマウント</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td></td><td>組織学</td></tr><tr><td>プライマー</td><td></td><td></td><td>RT-qPCR</td></tr><tr><td>PVDF メンブレン</td><td>BioRad</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PVDF シリンジフィルター</td><td></td><td></td><td>0.22 &mu;m孔径</td></tr><tr><td>逆相Luna C18カラム</td><td>Phenomenex</td><td></td><td>HPLC</td></tr><tr><td>シェーカー(IKA VXR Basic Vibrax)</td><td>IKA Works GmbH &Co</td><td>2819000</td><td>MTTアッセイを改善するためにスフェロイドに使用</td></tr><tr><td>Stellate Cell Media(STeC CM)</td><td>ScienCell</td><td>5301</td><td>STeC CMサプリメントを追加</td></tr><tr><td>SuperScriptITM 逆転写酵素</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SYBRグリーンPCRマスターミックス</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td></td><td></td></tr><tr><td>TRizol TM試薬</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td></td><td>トリゾールは、フェノールとグアニジンイソチオシアネートの単相溶液です。</td></tr><tr><td>トリプシン/EDTA溶液</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>R001100</td><td></td></tr><tr><td>超低アタッチメントプレート</td><td>コーニング</td><td>CLS3471-24EA</td><td>6ウェル</td></tr><tr><td>Vectashield plus DAPI封入剤</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>白色不透明 96ウェルマイクロプレート</td><td>PerkinHelmer</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ワイドボアチップ</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Williams E</td><td>Pan Biotech</td><td>P04-29510</td><td>サプリメントの追加:10%ウシ胎児血清、2 mM L-グルタミン、1mlペニシリンあたり100単位、100 & micro;g / mLストレプトマイシンおよび5 &micro;g/mL ヒトインスリン</td></tr></tbody></table>

薬物薬物動態および毒物学的評価のための腸/肝臓微生理学的システム

An Intestine/Liver Microphysiological System for Drug Pharmacokinetic and Toxicological Assessment

ヒトオルガノイドを栽培する最近導入された微小生理学的システム(MPS)は、遺伝的にヒトであり、組織間の相互作用を再現するため、薬物開発プロセスの前臨床試験段階で動物よりも優れたパフォーマンスが期待されています。本研究では、ヒト腸バリア(Caco-2およびHT-29細胞の共培養によってエミュレートされる)と肝臓等価物(分化されたHepaRG細胞およびヒト肝星状細胞で作られたスフェロイドによってエミュレートされる)を、2臓器チップ(2-OC)微小流体装置に統合し、アセトアミノフェン(APAP)薬能的反応薬基性(PK)および毒性特性を評価した。MPSには、腸のみ2-OC、肝臓のみ2-OC、腸/肝臓2-OCの3つのアセンブリがあり、両方のオルガノイドを介する同じ培地が付いていました。PK評価では、腸の障壁(経口経路をエミュレートする)または媒体(静脈内経路をエミュレートする)をそれぞれ12μMおよび2μMで投与した後、事前設定された時点でメディアにAPAPを投与した。培地サンプルを、逆相高圧液体クロマトグラフィー(HPLC)で分析した。オルガノイドは、遺伝子発現、TEER値、タンパク質発現および活性について分析し、次いで収集、固定、および形態学的評価のセットに提出した。MTT技術はオルガノイドの生存率を評価する上で良好な成績を発揮したが、高含量分析(HCA)はAPAP治療に応答して非常に初期の毒性事象を検出することができた。我々は、培地流量がAPAP吸収に有意に影響を及ぼさないのに対し、肝臓と同等の機能を有意に改善することを検証した。APAPヒト腸管吸収および肝代謝は、MPSでエミュレートすることができる。MPSデータとインシリコモデリングとの関連は、インビトロ法の予測可能性を向上させ、薬物動態および毒物学的研究における動物モデルよりも優れた精度を提供する大きな可能性を秘めています。

2-OC MPSでPKAPAP検査を行うために、第一のステップは、ヒトの腸および肝臓等価物(オルガノイド)を製造することです。それらはPK APAPのアッセイを開始する前に2-OCのマイクロ流体装置(図1A)24時間に統合される。翌日、メディアが変更され、モデルが APAP に公開されます。図1は、2-OC装置内に配置された腸および肝臓等価物(図1B)およびAPAP PK実験時間経過(図1C)を示す。MTTアッセイ、TEER測定、HCA、リアルタイムPCR、ウェスタンブロッティング、組織学、共焦点蛍光顕微鏡を2D培養および3Dオルガノイドで行い、組織の生存率を確認し、APAP毒性の可能性を検出しました。共焦点蛍光顕微鏡画像において、DAPIとファロイジンで染色された腸の同等のサンプル(それぞれ核およびアクチンについて)を非処理サンプル(図2A)</strong...

腸と肝オルガノイドを有する微小生理学的システム(MPS)をアセトアミノフェン(APAP)に曝露した。本稿では、MPSにおけるオルガノイド産生法およびAPAP薬物動態学的および毒性学的特性評価法について説明する。また、結果を検証するために必要な組織機能分析についても説明します。

The recently introduced microphysiological systems (MPS) cultivating human organoids are expected to perform better than animals in the preclinical tests ...

微小生理学的システムは、興味のある特定の治療に対する人体の薬物動態および毒物学的応答をエミュレートする能力を有する。微生物学的システムは、動物実験を置き換える可能性を秘めており、in vitro法の予測力を向上させ、薬理薬性および毒物学的研究のコストと時間を削減することができます。被験物質投与の24時間前に、ウィリアムES培地の800マイクロリットルのアリコートを2つのオルガンチップのより大きく、より小さい区画の間に分割し、調製した24のウェルプレートに相当する各腸壁からバソララルおよびアピカル培地を吸引する。滅菌鉗子を使用して、2つのオルガンチップ回路ごとに1つのインサートを大きなコンパートメントに統合し、200マイクロリットルのDMEMSを補助側に加えます。広いボアチップを使用して、回路あたり20の肝臓相当量を2つのオルガンチップの小さなコンパートメントに統合し、システムを制御ユニットに接続します。次に、コントロールユニットを加圧空気供給に接続し、圧力を約プラスマイナス300バー、0.3ヘルツのポンピング周波数に設定します。翌日、ストックアセトアミノフェン溶液を12マイクロモル濃度に希釈します。系内の培地を交換するには、2つの器官チップの腸壁と同等の腸壁からバソララルおよびアピカル培地を吸引し、500マイクロリットルの新鮮な適切な培養培地をオルガノイドバソラショナル側の大きなコンパートメントに加え、300マイクロリットルを小区画に加える。気泡を確認した後、腸培養インサートのアプリカル側に12マイクロモルアセトアミノフェン溶液を200マイクロリットル加えて経口投与をエミュレートし、マイクロ生理学的システムを制御ユニットに接続します。腸の尖体側とバソララル側の両方から、また示された時点で三重の小さなコンパートメントから総体積を収集します。すべてのサンプルが収集されたら、表に示されているようにHPLC分析に関連するすべてのパラメータを設定し、真空下で0.4ミクロンの膜フィルターを介して移動相をフィルタリングします。次に、0.22ミクロンの孔サイズPVDFシリンジフィルターでサンプルをフィルターし、サンプルをバイアルに保存してからHPLC UV測定を開始します。オルガノイドの生存率を評価するには、各複製からすべての20個のスフェロイドを96ウェルプレートの個々のウェルに移し、細胞培養インサートを24ウェルプレートの個々のウェルに移します。洗浄ごとに新鮮なDPBSで組織に相当する量を3回洗浄し、各実験井戸に1ミリリットル当たり1ミリグラムの300マイクロリットルを加えます。細胞培養インキュベーターで3時間のインキュベーションの後、MTT溶液を摂氏4度で一晩インキュベーションするために、MTT溶液を1ウェル当たり200マイクロリットルのイソプロパノールに置き換え、腸および肝臓当量からMTT formazanを抽出する。翌朝、各上澄み物の200マイクロリットルを96ウェルプレートの適切なウェルに移し、570ナノメートルのプレートリーダーでformazanを読み取り、負のコントロールと比較して各時間ポイントの平均光学密度を使用してMTTを低減する細胞の相対的な能力を計算できるようにします。サンプルの細胞化学的および組織学的分析のために、まず、腸および肝臓等価物を4%パラホルムアルデヒドに0.1モルPBSで25分間室温で固定する。インキュベーションの終わりに、オルガノイドをPBSで1回10分間5回洗浄し、腸および肝臓の同等物をテトラメチルロカミンイソチオシアネートファロイケイ素アレクサフルオール647ファロイジンで室温で1時間染色する。インキュベーションの終わりに、液体窒素中の組織をスナップ凍結する前に、サンプルを凍結培地に数分間移します。次に、クライオスタットを使用して、10〜12ミクロンの厚い肝スフェロイドクライオ切片を取得し、共焦点蛍光顕微鏡によるイメージング用DAPI付きの取り付け媒体に組織切片を取り付ける。ミトコンドリア染色と核染色の場合、ミトコンドリア染色液でサンプルを完全に覆い、5%の二酸化炭素を加湿した雰囲気で摂氏37度で15~45分間インキュベーションします。インキュベーションの終了時に、PBSで2〜4%パラホルムアルデヒドを室温で15分間慎重に交換してください。固定後、新鮮なPBSで1回5分間、細胞を穏やかに洗い流してから、室温で10分間核酸染色作業溶液でサンプルをラベリングします。インキュベーションの終わりに、光から保護されたPBSで3、5分の洗浄でサンプルを洗浄し、核酸染色を使用して、適切なフィルターセットを用いて蛍光顕微鏡上で細胞を発現するミトコンドリア染色の数を定量化しやすくする。ヒト腸バリアと肝臓等価物を2つの臓器チップ微小流体装置に統合することで、目的の治療の薬物動態学的および毒物学的特性の評価が可能になる。処理後、培地サンプルはHPLCにより分析することができる。オルガノイドは、遺伝子発現、トランス上皮電気抵抗値、タンパク質発現および活性、ならびに形態学的特徴について分析することができる。MTT分析は、オルガノイドの生存率を評価するだけでなく、アセトアミノフェン治療に応答して非常に初期の毒性事象を検出するために行うことができます。培地流れはアセトアミノフェン吸収に有意に影響を及ぼさないが、肝等価機能を有意に改善する一方で、ヒト腸内アセトアミノフェン吸収および肝代謝がこの微小生理学的系でエミュレートできることを示している。微小生理学的システムは、ヒトの生理学をよりよく模倣し、リスクと複雑さに対するより高速かつ低コストで医薬品開発を促進するために使用することができるので、医薬品開発と発見における動物モデルを置き換える可能性を秘めています。

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Research

JoVE Journal

Chemistry

化学

ここでは、初代細胞、組織モデル、パンチ生検をマイクロ流体多臓器チップで最大28日間共培養するプロトコールを紹介します。ヒト真皮微小血管内皮細胞、肝臓凝集体、および皮膚生検は、共通の培地循環で成功裏に組み合わせられました。...

多臓器チップ - 長期マルチ組織の共培養のためのマイクロ流体プラットフォーム

私たちは、人間の腸オンチップmicrophysiologicalシステムを使用して長期間のためのin vitroプロトコルへの共培養腸microbiomeと腸絨毛を説明します。...

ガットオンチップマイクロ流体デバイスにおけるマイクロ加工ヒト腸絨毛と生活Microbiomeの共培養

栄養素、微生物叢代謝および循環に医薬品へのアクセスは、腸・血液関門 (GBB) によって制御されます。直接 GBB...

腸血液関門と微生物叢製品の肝代謝を評価するためのIn Vivo法

この手順は、急性または長期の反復用量レジーム上のナノ物質暴露に関連する遺伝子毒性有害性のより生理学的に関連する評価を提供することができるインビトロで高度な3D肝培養物を開発するために使用されるように確立された。...

長期ナノ材料暴露後のインビトロ遺伝子毒性試験のための高度な3D肝モデル

本稿では、新しい腸器官培養システムを用いて、 生体 実験を行うホストとマイクロバイオームの相互作用を分析する独自の方法を紹介する。...

宿主-微生物叢相互作用を解析するための腸腸器官培養システム

薬物誘発性肝障害(DILI)は、薬物不全の主な原因です。肝臓微小生理学的システム(MPS)を使用して化合物のDILI負債を正確に予測するためのプロトコルが開発されました。肝臓モデルは、初代肝細胞と翻訳関連エンドポイントの共培養を使用して、治療に対する細胞応答を評価します。...

in vitroで薬物誘発性肝毒性を評価するためのヒト肝臓微小生理学的システム

生検由来の腸オルガノイドと臓器オンチップ技術は、領域特異的な腸機能を再要約するためにミクロ生理学的プラットフォームに組み合わされます。...

ヒトオルガノイドと臓器オンチップ技術を組み合わせて腸領域特異的機能をモデル化

ここでは、基本的な3次元(3D)腸細胞株モデルシステムの構築と、固定された腸当等物の光学顕微鏡的評価のためのパラフィン包埋プロトコルについて説明します。選択したタンパク質を染色することで、1回の実験で複数の視覚的パラメータを解析し、前臨床薬物スクリーニング研究に活用することができます。...

免疫成分を用いた基本的な3次元(3D)腸管モデルシステム

このプロトコルは病気の病因に機構の調査に使用することができる壊死性腸炎(NEC)の 生体外の モデルを記述する。ヒト新生児の腸、内皮細胞、および重度のNECの新生児の腸内細菌叢に由来する腸内エンテロイドをシードしたマイクロ流体チップを特徴としています。...

ヒト新生児腸管内腸内細菌叢と腸内細菌叢異常体を組み込んだ壊死性腸炎のマイクロ流体モデル

最近の技術的進歩により、薬物代謝および毒性アプリケーション用の in vitro...

創薬応用のための全ヒト肝培養システム

In vitro組織灌流システムを使用して、単離された腸管の機能活性をリアルタイムで検出する

学ぶ腸・肝臓オルガノイドを用いたマイクロ生理学的システムによる薬物動態と毒性評価の手法。アセトアミノフェンを用いた実験で組織機能を検証し、動物実験代替への応用可能性を示す。

薬物薬物動態および毒物学的評価のための腸/肝臓微生理学的システム

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