幹細胞由来心筋細胞のソリューション
ここ10年の間に、ヒト胚性幹細胞（hESC）と同様に、ヒト人工多能性幹細胞（hiPSC）が、従来のアプローチを補完するモデルとして登場しました。これらの細胞は、典型的な成体心室心筋細胞に比べて重要な利点を有しており、その中でも最も重要なのは、ヒトの遺伝的背景によるものです。しかし、その反面、成熟度が低く、非晶質で、コントラストに乏しいという欠点があります。IonOptix社は製品の有用性を高めるため、洗練された構造と正確な特徴を持たない未成熟な細胞から収縮データを取得するために、CytoMotionと総称するIonWizard内のいくつかのコントラストベースのアルゴリズムを開発しました。
幹細胞由来心筋細胞ソリューションの概要
hiPSC-CMの機能を正確に捉える必要性が高まっています。IonOptix社はこの分野のリーディングカンパニーとして、1990 年代初頭から細胞長データの Edge Detection アルゴリズムによる収縮運動の正確かつ高速なリアルタイム測定で知られています。hiPSC-CMの収縮パラメータの特性評価に対する需要の高まりに応えるため、IonOptix社は、CytoMotionと総称されるピクセル強度の時間的変化に依存するアプローチを実装しています。このアルゴリズムは、MyoCyteシステム(心筋細胞 収縮・サルコメア・Ca 測定システム)とMultiCellシステム(心筋細胞 収縮・サルコメア・Ca 自動測定システム)で行われた測定の両方で機能します。
幹細胞由来心筋細胞ソリューション製品化の理由
iPS細胞（人工多能性幹細胞）は、脱分化した成体細胞（再プログラムされた皮膚線維芽細胞、血液単核細胞など）から誘導された細胞です。細胞が正常なヒトの組織から得られるため、細胞にヒトの遺伝的背景を与えるという点で重要です。いったん脱分化した細胞は、「心筋細胞」、すなわちヒト人工多能性幹細胞心筋細胞またはhiPSC-CMになるようプログラムすることができます。成体ラットやマウスのCMなどの他のモデルは、ヒトの生理機能への移行がうまくいきません（推定値は様々ですが、マウスで有効な薬剤の80-85%がヒトでは無効で、動物実験の安全性を確認した薬剤の30%以上がヒト試験で毒性を示したという報告もあります）。動物モデルとヒト心筋細胞との重要な違いは、膜再分極を担う急速活性化遅延整流カリウムチャネル（IKr）の孔形成サブユニットであるヒトエーテルアゴーゴ関連遺伝子（hERG）の発現にあります。hERGの発現やIKr活性の障害は、一般的に不整脈を引き起こすため、心毒性研究において重要です。 ヒトの遺伝的背景を持つhiPSC-CMは、以下のようなモデルシステムとして長期的な可能性を持っています。
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ヒトの心臓機能および病態生理のモデル化（疾患および傷害から）
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創薬（心臓病の治療）
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臨床前の薬剤毒性の評価（候補薬剤が正常な心臓の機能を阻害する可能性があるかどうか）
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組織再生と生体内移植（長期的な目標は、損傷した組織を宿主組織の拒絶反応なしに置き換えるための組織工学的手法です）
hiPSC-CMの使用は有望ですが、信頼性と再現性のある機能データの取得を困難にするいくつかの制限もあり、標準的なエッジ検出を使用して特性を評価することはできません。
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未熟
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成体CMに見られるような棒状の形態がない
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原始的なE-Cカップリング（常に刺激することはできない）
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一貫性がない
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同じソースの細胞を使用しても、ラボによって形態や表現型が異なる場合がある
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コントラストが悪い
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成体CMと異なり、hiPSC-CMは単層と呼ばれる2次元の層で培養されることが多く、細胞同士が機械的に接着し、ギャップジャンクション結合しているため、細胞周辺部のコントラストが不明瞭になる
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hiPSC-CMは、通常、単離されたばかりの初代心筋細胞よりもはるかに小さい。このため、X軸とY軸方向には問題がないが、Z軸方向には深さがないため、コントラストが低下する
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このような困難な細胞における収縮測定を容易にするために、IonOptix社はhiPSC-CMの収縮力を取得するためのコントラストベースのツール群を開発し、以下の重要なパラメータの分析を可能にしました。
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最大収縮速度
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最大収縮速度までの時間
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短縮時間（パーセントピークまでの時間）
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最大復帰速度
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最大復帰速度までの時間
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弛緩/伸長時間（%ベースラインへの時間）
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拍動周波数と分散（CytoSolverが必要です）
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トランジェント持続時間
幹細胞由来心筋細胞研究用のIonOptixシステムには、以下のようなものがあります。
MultiCellシステム
(心筋細胞 収縮・サルコメア・Ca 自動測定システム)
2017年に発表されたMultiCellシステムは、IonOptix社の標準システムの詳細かつ徹底した分析を損なうことなく、1時間あたり数百の心筋細胞から全自動で同定および力学的表現型の定量化を行うことができます。高速X-Y-Z位置プログラマブル走査型顕微鏡と、位置、サイズ、方向を定量化する新しい画像解析法を特徴とするMultiCellシステムは、より高い統計的能力、優れた収集と解析、より使いやすい設計により、収縮-緩和機能の動的特性評価を可能にします。MultiCellシステムをIonOptix社のCytoMotionアルゴリズムと組み合わせることで、従来の単離成人心筋細胞だけでなく、hiPSCおよびhESC-CMにもシステムの有用性を広げることができるようになります。
MyoCyteシステム
（心筋細胞 収縮・サルコメア・Ca 測定システム）
IonOptix社の収縮率測定システムとカルシウム収縮率測定システムの組み合わせは、心筋細胞の収縮機能を信頼性と再現性高く定量化するための基礎となるものです。CytoMotionアルゴリズムの導入により、IonOptix社のMyoCyteシステムは、成体筋細胞およびhiPSC-やhESC-CMのような表現型的に未熟な筋細胞の両方の特性評価に使用することが可能です。カルシウムの放出とハンドリングの変化と同様に、収縮/弛緩のダイナミクスの重要な指標を提供するIonOptix社のスタンダード製品であるMyoCyteシステムは、研究者の方々に励起収縮カップリングを完全に特性化する能力を提供します。
CytoMotionシステム
（iPS心筋細胞 収縮性・伸張性測定システム）
ヒト人工多能性幹細胞（hiPSC）やヒト胚性幹細胞（hESC）由来の心筋細胞は、その非晶質な表現型と成体心室心筋細胞に比べて貧弱なコントラストから、収縮力動態の取得は特に困難となる可能性があります。IonOptix社はこれらの分析をシンプルに実現しました。CytoMotionシステムは、CytoMotionアルゴリズムとIonWizardデータ取得をハイフレームレートCMOSカメラと組み合わせることにより、信頼性の高いデータ収集のための低コストで簡素化されたソリューションを提供します。
オレンジサイエンスについて
私たちは、ライフサイエンスの中でも
細胞生物学分野に関する研究機器に特化して
販売およびサポートをしています。
多種多様な装置を取り扱うのではなく、装置とその用途について深い知識を持ち、ユーザの皆様の研究をよりよく理解することを心掛けています。研究者の皆様への技術サポートを通じて、ライフサイエンスの発展に貢献することを目指す会社です。
この分野の装置は、日本が常に一番というわけではありません。日本では国内メーカーの製品が好まれていますが、おそらくアフターサービスの良さが大きな要因だと考えられます。欧米で、より顕著な発展を見せている研究機器を国内メーカーと同じレベルのサポート体制でお使いいただければ、皆様の研究をさらに効率化することができるはずです。
オレンジサイエンスのスタッフは日本で研究する皆様の研究の効率化を実現するために、アメリカとヨーロッパから研究に有用な製品の情報を収集し横浜オフィスに集めています。横浜のスタッフは、各地のメーカーを訪れて技術力を向上させています。皆様の御研究が実を結び、我々が間接的にでも多くの人々のクオリティーオブライフの向上に貢献できることを願っております。
IonOptix社製品
MyoCyteシステム
マイオサイトシステム(MyoCyte System)は、画像解析による、細胞の収縮、サルコメアの測定、また2波長光源でレシオメトリックス方による細胞の蛍光測定が可能です。
CytoMotion
CytoMotionは、iPS心筋細胞などの最大収縮速度や最大収縮速度までの時間、最大弛緩速度、弛緩／伸張時間などの重要なパラメータのリアルタイムでの分析を可能にします。
MyoStretcherシステム
MyoStretcher（マイオ・ストレッチャー）システムは、画期的な光学フォーストランスデューサーによって、心筋細胞の力を測定することができるシステムです。特に心筋細胞の測定用に設計されており、この分野では、現在最も精度が高いシステムと言えます。
C-Pace EM
シーペース・システム（C-Pace EM）は、汎用培養ディッシュに適合したカーボン電極（C-Dish）により、本体（C-Pace EM）で予め設定したプロトコルで、心筋細胞や骨格筋細胞に電気刺激を与えながら細胞の培養ができるシステムです。