ヒト脳微小環境を再現するヒトiPS細胞由来血液脳関門マイクロチップの構築と評価

本研究の目的はヒト脳の微小環境を模倣する3次元流体血液脳関門モデルを構築することである。血液脳関門（BBB）の機能解析は動物実験によって発展してきた一方で、ヒトBBBの機能は不明な点が多く存在する。そこで、新たなin vitro human BBBモデルであるヒトiPS細胞由来脳毛細血管内皮細胞（hiPS-BMECs)を用いた3次元流体BBBモデルの構築を目指した。hiPS-BMECsは多様な輸送体が機能する一方で、薬物の脳内への侵入を防ぐP糖タンパク質（P-gp/MDR1）の機能が低いことが報告されている。この欠点はMIMETAS社OrganoPlate 3-lane Plateを用いた3次元流体培養においても改善されることはなかった。そこで、2022年度はMDR1遺伝子を導入したヒトiPS細胞を作製し、従来の分化誘導方法によりMDR1発現hiPS-BMECs（MDR1-BMECs）の開発を行った。MDR1-BMECsにおけるMDR1発現量は対照細胞であるcontrol-BMECsと比較しておよそ1000倍増加し、既知のMDR1基質薬物を用いた透過実験の結果、基質薬物の脳側からの排出方向の透過は逆方向を有意に上回っていたことから、MDR1による排出機能を獲得したことが示された。このMDR1の機能はOrganoPlate 3-lane Plateを用いた3次元流体モデルにおいても維持されることが明らかとなっている。今後、ヒト個体における脳内移行性との相関解析を行い、MDR1-BMECsの有用性について追究していきたい。また、BBBにおいて塩基性薬物を脳内へ輸送するプロトン/有機カチオン（H+/OC）交換輸送体の関連分子としてTM7SF3およびLHFPL6の存在を報告した。次年度以降、これらタンパク質の機能について、hiPS-BMECsを用いた解析を進める予定である。

本研究の目的はヒト脳の微小環境を模倣する3次元流体血液脳関門モデルを構築することである。血液脳関門（BBB）の機能解析は動物実験によって発展してきた一方で、ヒトBBBの機能は不明な点が多く存在する。そこで、新たなin vitro human BBBモデルであるヒトiPS細胞由来脳毛細血管内皮細胞（hiPS-BMECs)を用いた3次元流体BBBモデルの構築を目指した。hiPS-BMECsは多様な輸送体が機能する一方で、薬物の脳内への侵入を防ぐP糖タンパク質（P-gp/MDR1）の機能が低いことが報告されている。この欠点はMIMETAS社OrganoPlate 3-lane Plateを用いた3次元流体培養においても改善されることはなかった。そこで、2022年度はMDR1遺伝子を導入したヒトiPS細胞を作製し、従来の分化誘導方法によりMDR1発現hiPS-BMECs（MDR1-BMECs）の開発を行った。MDR1-BMECsにおけるMDR1発現量は対照細胞であるcontrol-BMECsと比較しておよそ1000倍増加し、既知のMDR1基質薬物を用いた透過実験の結果、基質薬物の脳側からの排出方向の透過は逆方向を有意に上回っていたことから、MDR1による排出機能を獲得したことが示された。このMDR1の機能はOrganoPlate 3-lane Plateを用いた3次元流体モデルにおいても維持されることが明らかとなっている。今後、ヒト個体における脳内移行性との相関解析を行い、MDR1-BMECsの有用性について追究していきたい。また、BBBにおいて塩基性薬物を脳内へ輸送するプロトン/有機カチオン（H+/OC）交換輸送体の関連分子としてTM7SF3およびLHFPL6の存在を報告した。次年度以降、これらタンパク質の機能について、hiPS-BMECsを用いた解析を進める予定である。