トランスエピセリアル電気抵抗（TEER）測定の新しい応用
Adrienne L. Watson, PhD 著
World Precision Instruments チーフサイエンティフィックオフィサー
経上皮電気抵抗（TEER）は、細胞の単層を通過する抵抗を測定し、細胞層のバリア機能を評価するために数十年にわたり使用されてきた手法です。歴史的に、TEER測定は生物学的層の透過性やさまざまな細胞タイプ間のタイトジャンクションの機能性を評価する基本的な生物学的ツールとして利用されてきました。近年では、TEER測定の有用性は新たな多様な分野へと拡大しています。最近登場したTEER測定の新しい応用例には、薬物送達、毒性学、オルガンオンチップ技術、細胞治療の品質管理などがあります。従来はin vitroで上皮組織のバリア機能を研究するために使われていましたが、TEERは複雑な工学的細胞・組織モデルの完全性と透過性の貴重な洞察を提供し、細胞ベース製品の品質管理測定にも役立つ多用途で翻訳可能なツールとなっています。
薬物送達の分野では、TEER測定は上皮細胞および内皮細胞や組織のバリア機能を評価し、細胞間相互作用やバリア組織の文脈で薬物化合物の透過性を評価するために利用されています。最近の研究では、化学修飾、ナノ粒子、細胞ベースの送達モダリティなどの薬物送達システムを上皮および内皮細胞単層を通して評価する際にTEER測定の有効性が示されています。TEER値は薬物製剤が組織を透過する能力に関する定量的データを提供し、in vivoでの治療薬の薬物動態および薬力学に寄与します。TEERは薬物や化合物の最適な投与経路を評価する研究に導入されており、経口、静脈内、さらにはくも膜下投与時に患者の治療効果を高めるための新規かつ改良された薬物製剤の評価にも用いられています。
毒性学の分野では、TEER測定は組織のバリア機能への影響や障害の指標として、また肺、消化管、皮膚などの上皮および内皮バリアに対する化学物質や化合物の毒性の評価手段として登場しています。TEERの変化をモニターすることで、研究者は毒性のメカニズムを理解し、有害な化学物質の影響を軽減する戦略を開発できます。血液脳関門の変化、内皮細胞の血管毒性、気管支上皮細胞のバリア完全性の変化は、特定の化合物がさまざまな細胞、組織、臓器に及ぼす毒性を監視・特定するためにTEER測定が用いられている例です。
TEER測定はオルガンオンチップ技術やその他のマイクロ生理学的システムにも急速に統合されており、TEERはチップ上で実施可能な重要な機能測定として機能しています。オルガンオンチップにおけるTEER測定は、生理的な流れの下で細胞や組織のバリア機能を評価するために一般的に使用されており、患者由来または遺伝子工学的に改変された細胞がマトリックスや三次元構造に配置され、人間の臓器や血管系を模倣しています。TEER値を測定することで、研究者はオルガンオンチップモデルにおけるバリア組織の完全性と透過性を評価でき、これらの複雑で高度なプラットフォームを利用して、薬物の血液脳関門通過能力、病原体の気管支上皮感染能力、毒素の血管内皮細胞への影響を評価できます。重要なのは、生理的なTEER測定値がこれらのオルガンオンチッププラットフォームで再現される必要があり、これによりこれらのモデルの有用性と、他のより単純なモデルシステムよりも人体の生物学および生理学をより良く再現できる能力が示されます。
さらに、細胞治療の分野では、TEER測定は臨床使用前の細胞ベース製品の機能性と完全性を確保するための品質管理目的で用いられています。TEER値の変化をモニターすることで、研究者は幹細胞由来組織や工学的細胞構造体などの細胞治療の生存性とバリア機能を評価できます。TEER測定は、誘導多能性幹細胞由来の内皮細胞単層のバリア機能を評価するために使用され、細胞治療の品質管理の定量的指標を提供しています。最近では、TEER測定は臨床試験において網膜色素上皮細胞の品質と機能性を確保するために導入されています。
研究室での従来のTEER技術の使用は継続していますが、TEER測定は現代の未解決の生物学的課題に対応し、世界の最も難治性の疾患を治療するために開発されている多様な新しい治療法の安全性、有効性、品質を確保するために再利用・適応されています。薬物送達、毒性学、オルガンオンチップ技術、細胞治療の品質管理におけるTEER測定の利用は、さまざまな分野の研究開発を前進させる新たな機会を提供します。非侵襲的かつリアルタイムでバリア機能を評価できるTEER測定は、薬物送達システムの最適化、毒性評価、オルガンオンチップモデルの特性評価、細胞ベース治療の安全性と有効性の確保に役立ちます。
参考文献：
Srinivasan B, Kolli AR, Esch MB, Abaci HE, Shuler ML, Hickman JJ. in vitroバリアモデルシステムのためのTEER測定技術。J Lab Autom. 2015;20(2):107-26.
Huh D, Leslie DC, Matthews BD, Fraser JP, Jurek S, Hamilton GA, 他。肺オンチップマイクロデバイスにおける薬物毒性誘発性肺水腫のヒト疾患モデル。Sci Transl Med. 2012;4(159):159ra147.
Kamei KI, Kato Y, Hirai Y, Ito S, Satoh J, Oka A, 他。in vitroで抗がん剤の副作用を再現する統合心臓/がんオンチップ。RSC Adv. 2016;6(60):55847-52.
Abaci HE, Shuler ML。生理学的に基づく薬物動態/薬力学モデリングのためのヒトオンチップ設計戦略と原則。Integr Biol. 2015;7(4):383-91.
Sharma R, Khristov V, Rising A, Jha BS, Dejene R, Hotaling N, Li Y, Stoddard J, Stankewicz C, Wan Q, Zhang C, Campos MM, Miyagishima KJ, McGaughey D, Villasmil R, Mattapallil M, Stanzel B, Qian H, Wong W, Chase L, Charles S, McGill T, Miller S, Maminishkis A, Amaral J, Bharti K。臨床グレードの幹細胞由来網膜色素上皮パッチが齧歯類および豚の網膜変性を救済。Sci Transl Med. 2019;11(475).
