毒性学とは？
毒性学とは、天然の化学物質や人工の化学物質が生体に及ぼす悪影響を研究する学問です。近年、私たちが使用する製品に含まれる化学物質は増加しており、私たちは多くの化学物質にさらされています。
これらの化学物質の多くは、人間の健康に有害であることが知られており、自閉症やパーキンソン病などの神経発達や神経変性疾患に関連している可能性があるともいわれています。
そのため毒物学は、増え続ける化学物質を管理するために必要な分野なのです。
細胞ベースの毒性評価法により、安全で迅速な医薬品開発を
安全な医薬品を開発したり、有毒化学物質への曝露が健康に及ぼす影響を知るためには、有毒物質そのものでなく、それが生体に及ぼす影響についても研究する必要があります。
新薬開発において、新しく発見された治療法の多くは初期の臨床試験で毒性を示します。そのため毒性評価は重要な役割を果たしているのです。実際、開発中の医薬品の3分の1以上が毒性によって除外されるため、毒性を早期発見することが不可欠です。
マウスやラットを用いた毒性試験は、新薬の安全性を評価するための標準的な方法ですが、一度に数種類の化合物しか試験できないため時間がかかります。さらに、ヒトの生理機能は動物とはかなり異なるため、得られた結果はヒトに特化したものではありません。
一方で、細胞ベースの試験ならば、同時に複数の化学物質を試験することができ、さらにヒトの生物学をより正確に反映することができます。特に3Dオルガノイドは、その高い複雑性とヒトの組織構造と機能によく似ていることから、毒性試験には有用です。動物実験から細胞ベースの方法に移行することで、より正確な結果が得られ、時間や費用を節約するだけでなく、最も重要な人命の安全につながる可能性があります。
細胞ベースの毒性アッセイ
細胞健康アッセイ
細胞健康アッセイは、従来のような、細胞株や初代細胞を用いた細胞培養形式で行うだけでなく、iPSC幹細胞を用いて行うことも可能です。細胞はマルチウェルプレートで化学物質に暴露され、MTTアッセイや細胞力価グローアッセイ、プレートリーダーアッセイ、イメージング法、ライブデッドアッセイ、アポトーシスアッセイなどを用いて細胞の健全性と死滅を評価に使われます。
細胞生存率と形態アッセイ
イメージング法による細胞生存率と形態の評価により、細胞数や細胞面積、核の形状などを知ることができ、これは毒性作用の評価に使用されます。
神経突起伸長
高含量分析により、細胞死を検出するだけでなく、神経細胞の成長と芽生えを測定し、神経細胞に対するより複雑な毒性影響を評価、判定することができます。
細胞小器官の変化
毒性学における核形状の変化や小核、ミトコンドリアの破壊は、自動イメージングや高度なイメージングツールを用いて定量化できます。高度な研究ですが、より正確な結果を得ることができます。
E-Phys、CA2+イメージング、その他の機能的アッセイ
毒性物質の多はイオンチャンネルブロッカーです。そのため電気生理学やカルシウムイメージングによって潜在的な毒性効果を検出することができます。このようにして、化学物質が細胞の機能性に及ぼす影響を検出するのは大切なことです。
心毒性の統合的in vitro評価
ヒトiPSC由来の心筋細胞を用いた統合的in vitroアッセイは、複数の多様なクラスの環境化学物質および薬剤（すなわちNTPスクリーニングライブラリー）のハイスループット・スクリーニングに役立ちます。たとえば心筋細胞の収縮力に対する化学物質の影響を調べる際には、心筋細胞の生理学やミトコンドリア膜電位、および細胞生存率に対する化学物質の濃度依存的影響を評価するために、ハイコンテントイメージングと組み合わせたCa2+フラックス測定が行われました。またこの際、データ評価のために、濃度値を化学物質の生物活性グループ化とランキングに利用し、データ解釈ソフトウェアで可視化しました。
この研究「器官型ヒト人工多能性幹細胞由来モデルを用いた環境化学物質の体外心毒性評価」についての詳細はこちらをご覧ください。
