本研究開発課題では、創薬における毒性・薬物動態予測のための高次腎in vitro評価系として、糸球体および尿細管の生理的三次元構造を有する個別の臓器モデルとそれらを組み合わせたMicrophysiological System(MPS)を開発するとともに、その実用化を見据えた評価システムの構築を目標としている。これを実現するために最終年度となる2021年度は下記のように研究開発を進めた。
In vitro糸球体モデルの開発については、市販のカルチャーインサートの脱着が可能な糸球体MPSのプロトタイプの機能的な改良と、これを用いた毒性試験を中心に実施した。改良した糸球体MPSを用いて、圧力制御による濾過流環境再現下で、複数種類のモデル薬物を用いた毒性試験を実施した。この結果、開発した糸球体MPS用いて、ポドサイトの分化や毒性に濾過流が与える影響を明らかにした。これらの研究開発に関連した内容について、PCT出願に至った。
In vitro尿細管モデルの開発については、項目1参画企業と共同で二層流路型チップやこれを搭載した尿細管MPSの開発と改良を進めるとともに、開発した尿細管MPSのアプリケーションとして毒性試験を実施した。ヒト腎近位尿細管細胞をMPS用いて灌流培養し、シスプラチンやオキサリプラチンなどの毒性モデル物質を用いて、毒性試験に供した。この二層流路型のチップは、2021年度中に東京応化工業からFluid3D-X^TM001という製品名で試験販売が開始された。
非侵襲三次元観察自動化細胞培養システムの開発については、東海大学イメージング研究センター（東海大学とニコンの共同研究施設）に設置された非侵襲三次元観察自動化細胞培養システム「BioStation CT for MPS」のプロトタイプの実運用を開始し、種々の機能評価試験を実施した。本プロトタイプにて、東海大学の木村が開発した尿細管MPSを用いた自動観察の安定性評価を行い、無線給電を含むシステム全体の有用性を検証した。また、尿細管MPSや糸球体MPSのアプリケーションの一つである蛍光物質拡散測定機能の開発・実装を行い、BioStation CT for MPSでの評価が可能なことを確認した。ニコンでは東海大学で実施された実験データの提供を受け、そのイメージングデータから細胞培養評価や細胞毒性評価のための画像解析に有効な評価プロトコールを構築し、細胞状態の評価に利用可能な新規のパラメータを同定した。これらの結果から、細胞形態情報を薬剤評価指標として毒性評価が可能であることが明らかとなった。