成果報告書詳細
管理番号20160000000026
タイトル平成26年度成果報告書 国際基準化に向けた心毒性評価法確率のための細胞製造・計測技術の開発 心毒性評価用心臓細胞の大量製造技術・計測装置の開発(1)
公開日2016/3/1
報告書年度2014 - 2014
委託先名アルファメッドサイエンティフィック株式会社
プロジェクト番号P14027
部署名ロボット・機械システム部
和文要約 国際基準化に向けた心毒性評価法確立のための細胞製造・計測技術の開発を進めるため、研究開発項目「心毒性評価用心筋細胞の大量製造技術・計測装置の開発」の「平面微小電極アレイ(MEA)計測システムの開発」を担当し、1) 計測装置のハイスループット化、コンパクト化、2) オフセット揺らぎ除去、3) 解析ソフトウェアの開発を行った。
1) 計測装置のハイスループット化、コンパクト化:現行のMEA細胞外電位計測装置(MED64システム)は、基礎研究用を目的とした装置のため、高性能ではあるが、心毒性評価のため多検体処理を実施するシステム構成では、多くのコンポーネントと複雑な配線、広い設置場所を必要とし、操作性にも課題があった。
以上の課題を解決するため、平成20年度ー平成25年度NEDO「ヒトiPS細胞等幹細胞を用いた創薬スクリーニングシステムの開発」で開発された4Well及び8Wellのプローブを活用して、ヘッドアンプとプローブ装着コネクター、プローブ温度制御、刺激チャンネルセレクターを一体化するシステムを開発した。これにより、評価検体数は現行システムの4検体から最大8検体になり、PC、及び電源アダプター、アクセサリー類を除く基本コンポーネント数を現行システムの11台から2台に、配線数を18本から4本に減らすことに成功、更にプローブの装着や化合物投与の操作性も現行システムから改善し、ハイスループット化とコンパクト化を実現した。
2) オフセット揺らぎ除去:最近、日本安全性薬理研究会から、心筋細胞のフィールドポテンシャルは、0.1Hzの超低周波領域までの計測が必要であるという提言がなされたが、ハイパスフィルターを0.1Hzに設定した時、オフセット電圧が大きく揺らぎ、解析に支障きたすという課題が発生した。
この課題を解決するため、DCサーボ(アクティブ・フィードバック)回路技術を用いて0.1Hzのハイパスフィルターを構成し、0.1Hz以下の周波数で急峻に信号を減衰させ、オフセット揺らぎを大幅に抑制することに成功した。
3) 解析ソフトウェアの開発:現行の解析ソフトウェアは基礎研究用を目的とした多機能ソフトウェアであり、且つオンライン・オフライン共通になっているため、便利な反面、解析機能のみに拡張性を持たせることが困難な構成となっており、解析操作性に関して課題があり、解析に多くの時間を要していた。
解析の操作性を向上させるため、心毒性評価に特化した解析専用ソフトウェアを開発し、・心拍波形の自動抽出、・FPD計測波形とAPD計測波形を自動識別しFPDとAPD90を自動計測、・心筋の波形解析に最適なフィルター、・化合物応答で各濃度毎に分割された計測データを一括解析、等の機能開発により大幅な操作性改善を図り、解析時間の短縮を実現した。
英文要約We developed a new microelectrode array (MEA) system as a part of the project “Development for mass-production technology of cardiomyocyte for cardiac toxicology evaluation and its measurement platform”. The newly developed MEA system features with 1) high through-put and compact design, 2) drift suppression of offset and 3) advanced analysis software.
1) The currently available MEA system (MED64 System) was originally developed for basic medical research and not necessary suitable for cardiac toxicity screening mostly in its low through-put and complicated system configuration.
We developed a new compact MEA system by integrating the head amplifier, probe adaptor, temperature controller, stimulus channel selector, and multi-well probe which were developed as a part of NEDO project, “development of drug screening system using human iPS derived-cardiomyocyte” in year 2008-2013. This newly developed system improves through-put and operability that includes increase for numbers of processes sample (4 to 8), consists of fewer system components (11 to 2) and cables (18 to 4).
2) Japanese Safety Pharmacology Society made a proposal to have acquisition bandwidth to 0.1Hz for drug screening of using human iPS derived-cardiomyocyte. However when it had acquisition bandwidth to 0.1Hz, the offset of field potential did drift in a very low frequency. And the drift offset prevented analysis of field potential.
The newly developed system has new 0.1Hz high-pass filter using DC servo (active feedback) circuit technology that suppress the drift offset and enable to analyze field potential.
3) The currently available acquisition/analysis software was expected to use for broad types of experiments both during and post-acquisition, which makes its expandability limited.
We developed new analysis software dedicated to analysis for cardiac toxicity. The new software features with *automatic extraction of cardiac signals, *automatic classification of extracted waveforms (between typical FPD signal and APD-like signal), *automatic measurement of FPD as well as APD90 for extracted waveforms, * new filter method which are useful for waveform analysis of myocardial field potential, *graphing dose-response-curve for data independently by doses, and it will increase the speed for analysis.
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