薬物探索におけるTEER測定の応用
経皮/経内皮電気抵抗（TEER）は、細胞単層を横切る電気抵抗を測定する現代の研究および創薬に用いられる技術であり、隣接する細胞間のタイトジャンクションによって影響を受けます。TEER測定は、上皮および内皮細胞層のバリア特性を評価するために一般的に使用されており、組織の生物学、疾患の病理学、薬物および薬物送達システムの安全性と有効性を評価するための重要なツールとなっています。研究者はTEERを用いて、腸、肺、腎臓、生殖組織、脳およびその他の臓器の内膜に見られるようなバリア組織の完全性を定性的に測定し、細胞のコンフルエンスを定量的に測定します。ここでは、TEERが現在どのように研究および創薬に利用されているか、その応用、利点、制限について検討します。
TEER測定の原理
TEER測定は、細胞単層が電気的バリアとして機能し、電流の流れに対する抵抗が細胞バリアの完全性に比例するという原理に基づいています。測定は、ギャップで分離された2組の電極ペアからなる特殊な電極アレイを使用して行われます。各ペアは、電流を流す電極と電圧を検出する電極の2つで構成されます。1組の電極ペアは細胞単層の頂端側に、もう1組は基底側に配置されます。
次に、超低電流（10 µA）が電流電極間に流され、電圧電極を用いてギャップ間の電圧降下が測定されます。細胞単層の抵抗はオームの法則により計算されます。すなわち、抵抗は電圧を電流で割った値に等しいとされます。
[R=V/I、ここでRは測定された抵抗、Vは膜を横切る電圧、Iは膜を横切って流れる電流です。]
TEERの応用
TEER測定の主な応用の一つは、細胞バリア機能の研究です。この技術は、組織や臓器の生理機能を維持するために不可欠な上皮および内皮細胞層の完全性を評価するために使用されます。例えば、血液脳関門（BBB）は脳を循環系から分離する特殊な内皮細胞層であり、有害物質から脳を保護する重要な役割を果たしますが、同時に薬物の脳への送達を制限します。TEER測定は、BBBの透過性を評価し、薬物候補がこのバリアを通過できるかどうかをスクリーニングするために使用されます。電気抵抗は導電率の逆数であるためです。
様々な組織や臓器系の正常なTEER値が知られているため、TEERは多様な疾患モデルを作成する際に重要な測定値となります。TEER測定は正常組織の生理条件を再現し、様々な疾患が上皮バリア機能に与える影響を研究するために用いられます。バリア機能が障害されることが知られている疾患には以下が含まれます：
- クローン病や潰瘍性大腸炎などの炎症性腸疾患。
- セリアック病。
- 喘息、COPD、嚢胞性線維症などの呼吸器疾患。
- 腎疾患および腎障害。
- 多発性硬化症や脳卒中などの神経疾患。
- 細菌、ウイルス、寄生虫による感染症。
- がんおよびがんの転移。
TEER測定は薬物送達および治療的透過性の研究にも有用です。薬物送達システムは、薬物の放出を制御し、特定の組織や細胞を標的にすることで薬物の有効性と安全性を高めるよう設計されています。TEER測定は、薬物送達システムが上皮および内皮細胞層を貫通する能力や、目的の作用部位で薬物を放出する有効性を評価するために使用されます。例えば、リポソームは薬物をカプセル化し特定の組織に届けるための薬物送達システムの一種です。TEER測定は、リポソームが細胞バリアを通過し、目的の作用部位で薬物を放出する能力を評価するために用いられます。薬物曝露前後のTEERを測定することで、薬物が細胞層を通過したかどうか、また細胞層の完全性に影響を与えたかどうかを判断できます。
TEERはまた、薬物やその他の化合物の毒性評価にも使用できます。薬物や化合物がTEER測定値を低下させる場合、それはバリア組織の破壊を示し、その薬物や化合物が毒性を持つ可能性を示唆します。TEERは創薬におけるスクリーニングツールとしても利用され、上皮細胞層の完全性を強化または維持できる化合物とその有効濃度を特定するのに役立ちます。これは、炎症性や潰瘍性の腸疾患のような上皮バリアが損なわれた疾患の治療薬開発に特に有用です。また、TEER測定は人工臓器や薬物送達システムなど、安定した機能的な上皮バリアを必要とする生物医学機器や治療製品の製造における品質管理ツールとしても使用されます。
細胞バリア機能評価におけるTEERの利点
TEER測定は、細胞バリア機能を評価する他の方法に比べていくつかの利点があります。最も重要な利点の一つは、細胞バリア機能をリアルタイムで定量的に測定でき、実験のセットアップが簡単であることです。透過性アッセイのような他の方法とは異なり、TEER測定は細胞機能に干渉し結果を変える可能性のある蛍光や放射性ラベルを使用しません。さらに、TEER測定は非破壊的な技術であり、細胞を傷つけることなく時間経過で細胞バリア機能をモニターできるため、薬物やその他の介入の効果を評価する縦断的研究に特に有用です。TEERはコスト効率が高く実施が容易であり、研究および製薬の各ラボで選ばれるアッセイとなっています。
TEER測定の制限
TEER測定にはいくつかの制限があり、最適な結果を得るための適切な実験設定や、それらを克服するための追加研究が必要となる場合があります。TEERの制限の一つは、細胞単層の抵抗のみを測定し、バリアの構造や組成に関する情報を提供しないことです。生理的特性の変化の根本原因を理解するためには、タンパク質の局在や発現などの分子レベルの研究が必要になることがあります。
TEER測定は温度、湿度、pHなどの環境要因に敏感であり、これらが細胞単層の抵抗に影響を与える可能性があります。測定前にすべてのサンプルを安定した温度および環境条件に15分間慣らすことで、環境要因の影響を軽減できます。
TEER測定はまた、コラーゲンやフィブロネクチンなどの細胞外マトリックス（ECM）成分の存在によっても影響を受けることがあります。これらは細胞単層の電気的特性に影響を与えるため、適切なブランクを含めてブランク測定値を差し引くことで、ECMタンパク質コーティングやサンプル中のこれらのタンパク質の影響を最小限に抑えたり除去したりできます。
WPIのTEER技術
TEER測定は現代の研究および創薬において不可欠なツールです。TEERは細胞バリア機能のリアルタイム測定を提供し、正常な生理学の理解、疾患病理の研究、臨床使用のための治療薬の安全性と有効性の評価に利用できます。World Precision Instruments（WPI）は30年以上前にTEER測定の科学を開拓し、現在ではEVOM™シリーズのTEER測定製品が創薬のための迅速で再現性の高い高スループット測定に注力しています。WPIのEVOM™シリーズのTEER技術は16,000件以上の査読付き科学論文で引用されています。TEERについてご質問があれば、(866) 606-1974までお電話いただくか、wpi@wpiinc.comまでメールでお問い合わせください。TEER測定のご利用方法をぜひお聞かせください。