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アイフェーズ製品

はじめに

オルガノイドおよび 3D 細胞培養技術の急速な進化により、前臨床研究が変化しています。製薬会社がより正確な予測を求める中、ビトロモッドとりわけ、従来の二次元 (2D) 細胞培養は、生理学的に適切な 3D 培養システムに置き換えられつつあります。

2025年4月に重要な節目となったのは、米国FDAがencoの期間中、モノクローナル抗体の安全性評価のための動物実験要件を削減する計画を発表したときだった。オルガノイドや高度なヒト細胞ベースのモデルを含む、新しいアプローチ方法論 (NAM) の採用を奨励しています。この政策転換は、医薬品開発におけるヒト関連の in vitro システムの重要性の増大を浮き彫りにしています。

これらの技術の中で、初代肝細胞 3D スフェロイド培養は、最も実用的で広く採用されている肝臓モデルの 1 つとなっています。初代肝細胞を三次元スフェロイドに自己集合させることにより、研究者は薬物代謝、肝毒性、肝疾患研究のためのより多くの予測データを達成しながら、肝臓特有の機能を長期間保存することができます。

肝臓オルガノイドおよび肝細胞スフェロイドとは何ですか?

オルガノイドは、天然の器官の重要な構造的および機能的特徴を再現する幹細胞由来の三次元多細胞構造です。肝臓オルガノイドは、再生医療、疾患モデリング、個別化治療において多大な可能性を示しています。

幹細胞由来オルガノイドと比較して、初代肝細胞スフェロイドは、より単純で再現性の高い3Dスフェロイド培養の形態を代表する。複雑な細胞外マトリックスや分化プロトコルを必要とする代わりに、新たに単離された初代肝細胞は、必須の肝表現型を維持しながら、超低付着条件下で自発的に凝集してコンパクトな多細胞スフェロイドを形成します。

この直接的なアプローチにより、肝細胞スフェロイドは製薬研究で最も広く使用されている肝臓モデルの 1 つになりました。

3D カルチャーが従来の 2D カルチャーよりも優れている理由

初代肝細胞は、従来の単層として培養すると、分化した表現型を急速に失います。わずか数日以内に、シトクロム P450 酵素活性、アルブミン分泌、胆汁酸代謝、薬物トランスポーター発現、細胞極性など、多くの肝臓特有の機能が劇的に低下します。これらの制限により、長期毒性研究における従来の 2D 培養の予測値が低下します。

対照的に、3D スフェロイド培養は、天然の肝臓組織に見られる重要な細胞相互作用と微環境構造を再現します。得られたスフェロイドは、細胞コミュニケーション、酸素勾配、栄養素の拡散、および肝臓の分極の維持の強化を通じて、生理学的関連性の向上を示します。

その結果、初代肝細胞スフェロイドは安定した肝機能を数日ではなく数週間維持するため、慢性薬物曝露研究にとって特に価値があります。

初代肝細胞3Dスフェロイド培養の利点

1. 長期的な機能安定性

３Ｄ初代肝細胞スフェロイド培養の重要な利点は、肝臓特有の機能の長期保存である。広範な細胞相互作用を促進し、より生理学的に適切な微環境を再作成することにより、スフェロイドは、従来の 2D 培養では急速に失われる重要な肝臓特性を保持します。最適化された条件下では、初代肝細胞スフェロイドは安定したアルブミン産生、CYP450 酵素活性、フェーズ I およびフェーズ II 代謝、および薬物トランスポーター発現を 21 日間以上維持します。この延長された機能寿命により、薬物代謝、肝毒性評価、慢性肝疾患研究のためのより予測的な in vitro モデルが可能になります。

2. 生理学的関連性の強化

3D 肝細胞スフェロイド培養の主な利点の 1 つは、天然の肝臓微小環境の重要な特徴を再現できることです。スフェロイドは、広範な細胞相互作用と組織の三次元構造の形成を通じて、肝臓の極性と細胞機能を維持しながら、生理学的に適切な酸素と栄養素の勾配を確立します。その結果、初代肝細胞は、生体内で観察されるものによりよく似た代謝活性を示し、従来の2D単層培養と比較して、薬物代謝、肝機能、および薬物性肝障害（DILI）の予測の向上につながります。

3. 創薬および肝臓研究への応用

初代肝細胞スフェロイドの生理学的関連性の強化と長期的な機能安定性により、初代肝細胞スフェロイドは幅広い生物医学研究用途にわたる貴重なツールとなっています。これらは、薬物代謝および薬物動態研究、肝毒性評価、DILI 予測、CYP 誘導および阻害アッセイ、代謝安定性試験で広く使用されています。さらに、肝細胞スフェロイドは、非アルコール性脂肪性肝炎 (NASH)、肝線維症、ウイルス性肝炎などの肝疾患を研究するための堅牢な in vitro モデルを提供します。また、ネイティブの肝臓生理機能をより適切に再現できるため、精密医療、再生医療、その他の高度なトランスレーショナルリサーチアプリケーションにも非常に適しています。

信頼性の高い 3D 肝細胞スフェロイドの構築

3D スフェロイド培養を成功させるには、次の 3 つの重要な要素が必要です。

1. 高品質の初代肝細胞

細胞の品質は、スフェロイドの形態、生存率、および長期機能を直接決定します。

IPHASE は、以下を含む複数の種からの高生存率凍結保存初代肝細胞を提供します。

• 初代ヒト肝細胞
• 初代サル肝細胞
• 犬の初代肝細胞
• ラット初代肝細胞
• 初代マウス肝細胞

すべての肝細胞は、高い生存率、一貫した性能、バッチ間の再現性を確保するために厳格な品質管理を受けています。

2. 最適化された 3D 培地

特殊な培地はスフェロイド形成と長期維持の両方に不可欠です。

IPHASE ワークフローには以下が含まれます。

• 肝細胞解凍培地
• 肝細胞3Dスフェロイド形成培地
• 肝細胞3Dスフェロイド維持培地

これらの培地は、長期間の培養期間を通じて肝機能を維持しながら、効率的な凝集をサポートします。

3. 超低付着性培養プレート

確実なスフェロイド形成には、細胞接着を防ぐ培養容器が必要です。

IPHASE 超低接着培養プレートを使用すると、細胞外マトリックス コーティングを必要とせずに肝細胞が均一なスフェロイドに自己組織化できるため、日常的な研究室ワークフローに優れた一貫性が得られます。

実験的検証

IPHASE はカニクイザル初代肝細胞を使用し、最適化された培養システムを使用して 7 日以内に安定した 3D 肝臓スフェロイドを確立することに成功しました。(図1&2)。

図 1. IPHASE 初代カニクイザル肝細胞 (ロット K0125E069) から生成された代表的な 3D スフェロイド。

図 2. IPHASE 初代カニクイザル肝細胞 (ロット K0124E022) から生成された代表的な 3D スフェロイド。

IPHASE 3D 初代肝細胞スフェロイド培養システムのパフォーマンスをさらに検証するために、カニクイザル (ロット K0125E086)、ビーグル犬 (ロット B0125H018)、および Sprague-Dawley ラット肝細胞を含む、複数の種の初代肝細胞を同じ標準化されたワークフローを使用して培養しました。培養上清中のアルブミン分泌を、肝活動の機能指標として 7 日間のスフェロイド培養後に測定しました (図 1)。 3 種すべてが安定したスフェロイドの形成に成功し、検出可能なアルブミン生産を維持しました。これは、さまざまな動物モデルにわたる IPHASE 3D 培養プラットフォームの堅牢性と再現性を示しています。

スフェロイドの長期の機能安定性を評価するために、カニクイザル肝細胞（Lot K0124E022）を最長21日間培養した。アルブミン分泌は、培養期間中の複数の時点で評価されました (図 2)。長期培養中のアルブミンの持続的な産生は、IPHASE 3Dスフェロイドシステムが肝特異的機能を効果的に保存し、慢性毒性研究、薬物代謝、および長期肝疾患モデリングにおけるその応用を裏付けることを示している。

図 1. 培養 7 日後の、さまざまな種の初代肝細胞から生成された 3D スフェロイドによるアルブミン分泌。
図 2. 7 日間および 21 日間培養したカニクイザル初代肝細胞スフェロイドによるアルブミン分泌。
IPHASE 3D 肝臓モデル用の完全なソリューション

高度な 3D 細胞培養およびオルガノイド研究に対する需要の高まりをサポートするために、IPHASE は以下を含む肝細胞スフェロイド培養のための統合ワークフローを提供します。

• 凍結保存された初代ヒト肝細胞
• 初代サル肝細胞
• 犬の初代肝細胞
• ラット初代肝細胞
• 初代マウス肝細胞
• 肝細胞解凍培地
• 肝細胞3Dスフェロイド形成培地
• 肝細胞3Dスフェロイド維持培地
• 超低付着性培養プレート

これらの製品を使用すると、研究者は創薬、毒物学、疾患モデリング、トランスレーショナル研究のための堅牢で再現性のある肝臓スフェロイド モデルを確立できます。

結論

規制当局が人体に関連した検査戦略をますます奨励するにつれ、3D 初代肝細胞スフェロイド培養は現代の肝臓研究にとって不可欠なプラットフォームになりつつあります。

肝臓の表現型を保存し、生理学的関連性を改善し、長期の機能研究をサポートすることにより、初代肝細胞スフェロイドは従来の細胞培養とインビボ生物学の間のギャップを埋めます。

高品質の初代肝細胞、最適化された培養培地、特殊な超低付着培養プレートを備えた IPHASE は、創薬と生物医学研究を加速する再現性のある高性能 3D 肝臓モデルを構築するための完全なソリューションを研究者に提供します。