心毒性とは
心毒性（心臓毒性）とは、心臓に対して毒性を示し、筋肉損傷や心臓電気生理学的機能障害を引き起こす化学物質を定義するために使用される用語です。
心毒性の評価は、創薬の初期段階において毒性の可能性のある化合物を開発から除外するために必要となります。心臓安全性評価で不合格となった化合物に関連する非効率と高コストを削減する極めて重要なものです。
心臓活性化合物は、心不全、不整脈、その他の心臓疾患の臨床治療に使用されます。心臓毒性は不整脈や心不全を引き起こす可能性があるため、生物学的に適切な3D細胞ベースモデルを使用し、ハイスループット・スクリーニングに適した、予測性の高いin vitro心毒性アッセイを実施するニーズが高まっています。
ヒトiPSC由来心筋細胞を用いた心毒性化合物の影響評価
心筋細胞とは
心筋細胞は心筋を構成する細胞であり、心臓の収縮機能を担っています。ヒト人工多能性幹細胞（iPSC）由来の心筋細胞のような特殊化された心筋細胞は、GPCRやイオンチャネルを発現しており、本来の心筋細胞と同様の自発的な機械的、電気的活動を示しながら、遺伝子発現プロファイルや表現型の特徴を提供する非常に魅力的なモデルです。iPSC由来の心筋細胞は同期して拍動する単層を形成し、細胞内カルシウム振動の変化をモニターする高速の動力学的蛍光アッセイを用いて、薬剤に関連した心生理学的表現型を確実に再現することができます。
CiPAイニシアチブ-
包括的in vitro催不整脈アッセイ
ヒト人工多能性幹細胞由来心筋細胞（hiPSC-CM）は、心毒性を持つ可能性のある化合物の影響を同定・評価するために用いることができます。米国FDAは、Comprehensive in vitro Proarrhythmia Assay（CiPA）と呼ばれる、このカテゴリーの化合物を評価するイニシアチブを後援しています。このイニシアチブの目的は、創薬プロセスの初期段階で予測可能なアッセイ法を決定し、開発後期段階や発売後の失敗を防ぐことにあります。心筋細胞に対して様々な影響を及ぼし、毒性を示す可能性のある化合物は28種類あります。CiPAリストに掲載されたいくつかの化合物は、心臓毒性により市場から撤去されています。これらの化合物の毒性を同定するには、カルシウムフラックスの測定とハイコンテントイメージングを併用する方法があります。ハイスループット・スクリーニングに適した予測性の高いin vitroアッセイの開発は、心臓安全性化合物の失敗に関する非効率性と高コストを改善するために不可欠です。
毒性学およびリード化合物同定のためのハイスループット・キネティック・スクリーニング・ソリューション
FLIPR Pentaハイスループットセルラーベーススクリーニングシステムは、GPCRおよびイオンチャネル受容体に対する早期リード化合物を同定するための、柔軟で信頼性の高いリアルタイムカイネティックハイ スループットセルラーアッセイスクリーニングシステムです。このシステムは、すべてのウェルから同時にシグナルを収集するように設計されています。また、EarlyTox心毒性キットを用いて、心筋細胞の収縮に伴う細胞内Ca2+フラックス（カルシウムオシレーション）の変化をモニターすることもできます。このアッセイでは、カルシウム感受性色素を負荷したiPSC由来心筋細胞を使用し、拍動に伴う細胞内のカルシウムオシレーションに対する化合物の影響をモニタリングできます。
ScreenWorks® Peak Pro ソフトウェアは、細胞のマルチピークカルシウムオシレーション応答、特に心筋細胞の拍動速度、およびピークの立ち上がり、減少、振幅などの時間的特性を解析する機能を提供します。これらの機能は、in vitroの心筋細胞機能や、hERGブロックカリウムチャネルなどの心臓異常を誘発する毒性化合物の影響を、よりよく理解するために重要です。その結果、特異性化合物をより早く失敗させたり、さらに監視したりすることができ、最も有望で安全なリード物に優先順位をつけて前臨床試験に進めることができる。
FLIPRカルシウムアッセイキットとFLIPRシステムを用いてiPSC心筋細胞または3D心筋スフェロイドから取得した自発的カルシウムオシレーションは、ImageXpress共焦点システムから得られた細胞毒性およびミトコンドリアインテグリティのデータと組み合わせることで、医薬品および環境化合物の包括的な表現型解析および生物活性プロファイルを得ることができます。
