NASHおよびNAFLDの疾患進行プロセスを
シミュレートする3D細胞培養モデルを開発
企業／大学
Visikol
チームメンバー
ミーガン・カスコ博士：シニア・サイエンティスト、トム・ヴィラーニ博士：創設者兼CSO
ピーター・ワーシントン博士：創薬ディレクター、ケイティ・ワーリー博士：主任研究員
使用製品
ImageXpress Micro Confocalハイコンテントイメージングシステム
MetaXpressハイコンテント画像取得・解析ソフトウェア
課題
非アルコール性脂肪性肝炎（NASH）および非アルコール性脂肪性肝疾患（NAFLD）の領域では、研究者がより低コストで中スループットのin vitroアッセイで潜在的な治療薬をスクリーニングできるin vitroモデルが強く求められている。肝疾患は米国で年間数百万人が罹患していますが、有効な治療法はほとんどありません。Visikol社は、組織や細胞の分析方法のパラダイムを、定性的な人間主導のアプローチから定量的なコンピュータビジョン主導のアプローチにシフトさせることに注力している。Visikol社は、製薬会社やバイオテクノロジー企業の顧客に対して、創薬活動を加速させ、先進的な細胞培養モデルや解析技術を利用することで、in vitroとin vivo研究のトランスレーショナルなギャップを減らすためのサービスを提供している。
NASHとNAFLDの初期段階はいずれも可逆的であることが知られているが、研究者たちはこのプロセスを逆転させる治療法の開発に苦心してきた。これらの治療法の開発における主な困難の一つは、試験管内で肝臓とNASHまたはNAFLDの病態進行を正確に表現する予測可能な試験管内モデルが存在しないことである。このようなin vitroモデルの欠如のために、後期臨床試験は何度も失敗しており、これらの治療法の開発には多大な費用と時間がかかっている。
さらに、3D細胞培養モデルをイメージングすることは、生物学の材料が光を効果的に散乱させ、厚い標本では画質が急速に劣化するため、困難である。さらに、3次元データセットの処理は、均一な3次元組織ラベリングを達成するのが難しい。
解決策
イメージングには、Visikol® HISTO-M™と組み合わせることで、3D細胞培養モデル（スフェロイド）を完全に可視化できるImageXpress® マイクロコンフォーカルハイコンテントイメージングシステムを使用しました。MetaXpress®ハイコンテント画像取得・解析ソフトウェアは、プレート内の各ウェル（各ウェルにはスフェロイドが1つずつ）のレイアウトを提供しました。Visikolチームは、イメージャのカメラで捉えられる異なる波長の光を発するモデル中の蛍光色素を励起するために、正しい波長の光を選択した。その後、手動で閾値処理を行い、陽性に染色されたコラーゲン領域を識別できるようにした。通常、20枚のZスライスで撮影を行い、平均150～250ミクロンの厚さのスフェロイドの全領域を撮影できるようにする。各スライスからの最大強度のEmissionを使用してZ-スライスを圧縮することにより、各スライスからの最も明るいEmissionを1つの画像にまとめたZ-スタック画像を取得することができた。その結果、アルブミン、ビメンチン、CD68、CD31、DAPIを含む複数の免疫標識チャンネルのイメージングが可能となった。
モデルをイメージングすることにより、研究者は化合物が細胞とどのように相互作用するかを視覚化することができ、臨床試験において化合物が人々にどのような影響を与えるかを理解することができた。NASHに対する3Dモデルの重要な側面は、モデル内に形成される瘢痕組織の解析である。イメージングによって、モデル中の細胞の生存率がクライアントの化合物との関係で明らかになることもある。
使用製品
結果
Visikol社のチームは、NASHおよびNAFLDの疾患進行過程をシミュレートするために、肝臓内の組織微小環境を模倣した3D細胞培養モデルをいくつか開発した。これらのモデルは、3D共焦点ハイコンテントイメージャーと他の測定値や様々な治療法を組み合わせて評価され、NASHに伴う線維化プロセスをどの程度改善するかを定量化している。
Visikol HepaRGおよび非実質細胞共培養3Dスフェロイドを、100 nM TGF-βで48時間線維化を誘導する前に、ビヒクルまたはALK-5阻害剤で1時間前処理した。パン・コラーゲン蛍光強度と体積は、各3D細胞培養モデルについて、以下に述べるように定量した。TGF-βは細胞生存能とスフェロイドのサイズを低下させ、コラーゲン沈着を開始させるが、ALK-5阻害剤は細胞生存率の低下とコラーゲン沈着の両方を部分的に改善できることがわかる。
