Brain-Chip
- BioKit Model
- Guided Model
- Community Model
Brain-Chip は、Emulate 社が開発とサポートの豊富な経験を有するガイド付きモデルです。このモデルは、Basic Research Kit とユーザーが準備した細胞を使用して作成可能です。ガイド付きモデルに関しては、EmulateはHuman Emulation System を使用して骨髄チップを構築するためのガイドラインとテクニカルサポートを提供できます。
モデル概要
包括的なヒト神経血管ユニットモデル
脳チップは、他の手法の限界を克服し、神経血管ユニットの生理機能と疾患について、より生理学的に適切な理解を研究者に提供することを目的として設計されています。オルガノイドや従来の細胞培養などの他のin vitro モデルとは異なり、この「Brain-on-a-Chip」モデルは、神経細胞と内皮様バリアの両方を単一のモデルに組み込むことで、大脳皮質組織の形態学的および機能的特長をより忠実に再現します。
多細胞の複雑化による神経細胞機能の向上
従来の細胞培養では細胞の種類が限られているのに対し、脳チップには5 種類のヒト細胞が含まれています：神経細胞、アストロサイト、ペリサイト、ミクログリア、および脳微小血管内皮様細胞。
生体内のようなバリア機能
培地の流れと、ミクログリアやアストロサイトなどの支持細胞を組み込むことで、生体内値に合わせて安定した長期にわたる低いバリア透過性を維持します。
遺伝子発現の改善
Organ-Chips の動的な微小環境により、トランスクリプトミクス プロファイルが改善され、主要な神経生物学的経路が強化され、Transwell 脳モデルと比較して生体内の成人皮質との重なりがより近くなります。
関連する微小血管内皮様細胞を備えた動的な微小環境
培地灌流は細胞の機能性を向上させ、より生体に近い挙動を示します。静置細胞培養およびオルガノイドではシェアストレスが不足しているため、細胞分化や長期培養能力に影響を与えます。
安定した機能
Transwell モデルでは培養期間中に徐々に機能が失われるのとは異なり、特徴的な形態、遺伝子発現、機能性は最大 7 日間の培養まで維持されます。
ヒトベースモデル
動物モデルでよく見られる前臨床から臨床へのトランスレーショナルな問題を軽減します。
参考文献
①Systemic HER3 ligand-mimicking nanobioparticles enter the brain and reduce intracranial tumour growth. Nat. Nanotechnol. (2025).
Organ Model: Brain (Blood-Brain Barrier)
Application: ADME, Cancer
＜概要＞
iPS細胞由来の脳微小血管内皮細胞を神経細胞と対向してマイクロ流体流下下で培養することにより、ヒト血液脳関門(BBB) の主要な構造的・機能的特性を模倣したヒトBBBチップを作成した。
②A Human Brain-Chip for Modeling Brain Pathologies and Screening Blood–Brain Barrier Crossing Therapeutic Strategies. Pharmaceutics 2024, 16(10), 1314
Organ Model: Brain (Blood-Brain Barrier)
Application: ADME, Inflammation
＜概要＞
ヒトプライマリーアストロサイト、ぺリサイト、ヒトiPS細胞由来皮質神経細胞および脳微小血管内皮様細胞、さらにミクログリアを組み込んだチップを開発しました。腫瘍壊死因子アルファ（TNFα）を用いて神経炎症を模倣することで、著者らはこのモデルがin vivoに関連する反応を再現することを示しました。
③Evaluation of Drug Blood-Brain-Barrier Permeability Using a Microfluidic Chip. Pharmaceutics 2024, 16(5), 574
Organ Model: Brain (Blood-Brain Barrier)
Application: Neuroscience, ADME
＜概要＞
Brain-Chipを用いたBBB透過性予測モデルを分析しました。10 種類の化合物を評価し、その透過性を推定しました。本研究では、マイクロ流体ベースのシステムにおける10 化合物の透過性傾向が、従来の動物実験や細胞実験で観察された傾向と類似していることを示しました。
④A Microengineered Brain-Chip to Model Neuroinflammation in Humans. iScience, Volume 25, Issue 8, 104813
Organ Model: Brain (Blood-Brain Barrier)
Application: Neuroscience, ADME
＜概要＞
Emulate の研究チームは、内皮様細胞、ペリサイト、グリア細胞、皮質神経細胞を含むヒト脳チップを開発し、BBBの透過性をin vivo レベルに維持しました。この特徴により、モデルは神経炎症を忠実に再現でき、従来のヒト脳モデルよりも高い精度で、神経炎症時の細胞間相互作用とBBB の機能に関するメカニズムを解明することが可能になりました。
⑤Modeling alpha-synuclein pathology in a human Brain-Chip to assess blood-brain barrier disruption. Nature Communications volume 12, Article number: 5907 (2021)
Organ Model: Brain
Application: Neuroscience
＜概要＞
Organ-Chips 技術を活用し、ドーパミン神経細胞、アストロサイト、ミクログリア、ペリサイト、および微小血管脳内皮細胞を含む脳の黒質領域を再現したヒトBrain-Chip を開発しました。このモデルは、流体流動下で培養されました。当研究のαSyn フィブリル誘導モデルは、リン酸化αSyn（pSer129-αSyn）の蓄積、ミトコンドリア機能障害、神経炎症、およびバリア機能の障害を含む、パーキンソン病の主要な特徴を再現しました。
⑥Generation of a Human iPSC-Based Blood-Brain Barrier Chip. J Vis Exp. 2020 Mar 2;(157)
Organ Model: Brain (BBB)
Applications: Neuroscience
＜概要＞
iPSC 由来のBBB チップの生成プロトコルを詳細に説明します。iPSC 由来の脳微小血管内皮細胞(iBMECs)の分化から始まり、神経前駆細胞、分化神経細胞、アストロサイトを含む混合神経培養物を得るまでのプロセスを解説します。
⑦Human iPSC-Derived Blood-Brain Barrier Chips Enable Disease Modeling and Personalized Medicine Applications. Cell Stem Cell. 2019 Jun 6;24(6):995-1005.e6
Organ Model: Brain (BBB)
Applications: Neuroscience
＜概要＞
Organ-Chips 技術を用いて、誘導多能性幹細胞（iPSC）由来の脳微小血管内皮様細胞（iBMECs）、アストロサイト、神経細胞からなる完全なヒトBrain-Chip を構築しました。iBMECs は、脳血管に特異的なマーカーを発現する密な単層を形成しました。Brain-Chip は生理的に適切な血管内電気抵抗を示し、薬物の血液から脳への透過性を正確に予測しました。血管腔に全血を灌流すると、マイクロエンジニアリングされた毛細血管壁が神経細胞を血漿誘発性毒性から保護しました。
Poster
Evaluation of a Human Neurovascular Model to Complement a Parallel Non-human Primate Selection for Blood–Brain Barrier Penetrant AAV Capsids
＜概要＞
Cynomolgus macaque（非ヒト霊長類［NHP］）における静脈内投与後の中枢神経系（CNS）への転送効率を向上させたカプシドを設計するために、SIFTER™（Selecting In vivo For Transduction and Expression of RNA）を採用しました。その後、in vitro とin vivo および種間でのカプシド性能の不一致を解決するため、BBB の主要な特性を再現するヒト細胞モデルを実装しました。
Development of a Human Brain-Chip Model to Study Neuroinflammatory Diseases
＜概要＞
種間の脳機能と血液脳関門の差異は、動物モデルからヒト患者への正確な外挿を困難にしています。一般的な疾患の脳生理学と病理生理学の重要な側面を再現できるヒト関連システムの開発は、未解決の課題です。私たちは、多くの神経変性疾患の特異的な特徴である神経炎症をモデル化するためのヒト脳チップを開発し、神経病理学のメカニズムと疾患進行に関する研究を可能にすることを目指しています。
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