JP2020031538A - Method related to pathosis reconstruction of blood vessel disease, disease model and apparatus - Google Patents

Method related to pathosis reconstruction of blood vessel disease, disease model and apparatus Download PDF

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Abstract

To provide a disease model capable of establishing a production method of ex vivo disease model which approximates to a pathosis of a blood vessel disease of a patient, which can be easily produced in a short term, by which a process until blood vessel tissues are varied from a normal state to a pathosis in time-variant, can be clarified, the disease model capable of being used for screening of medicines for preventing or treating the blood vessel disease.SOLUTION: There is provided an analysis method of a pathophysiology of blood vessel disease in ex vivo, the analysis method comprises: a step for applying a physical stress to an endothelial cell side surface of an incised blood vessel tissue of an extracted blood vessel which is arranged in a culture fluid, in a constant period; a step for observing a pathological change of a physical stress load portion of the extracted blood vessel or a peripheral portion thereof; and a step for analyzing the pathological change.SELECTED DRAWING: Figure 11

Description

本発明は、血管病の病態再構築に関する方法、特に血管病の病態生理の解析方法、並びに、疾患モデル、その製造方法及び製造装置に関する。   The present invention relates to a method for reconstructing a pathological condition of a vascular disease, in particular, a method for analyzing the pathophysiology of a vascular disease, a disease model, a method for producing the same, and a device for producing the same.

本邦の死亡や要介護の主因である心臓病や脳卒中は、動脈硬化や動脈瘤という基礎疾患の重篤化に起因する。これら基礎疾患は、血管の病気、すなわち、血管病であり、一度発症すればその進行を制御できないという困難を有する。血管病は、内科的手法によるリスク因子の低減、外科的手法による重篤化の抑制という方法により治療されている。国内の患者数は300万人に達し、医療費は年間2.5兆円にも及ぶ(非特許文献1)。   Heart disease and stroke, which are the main causes of death and need for nursing care in Japan, are caused by aggravation of underlying diseases such as arteriosclerosis and aneurysms. These underlying diseases are vascular diseases, that is, vascular diseases, and have a difficulty in that once developed, their progress cannot be controlled. Vascular disease is treated by methods of reducing risk factors by medical techniques and suppressing the severity of the disease by surgical techniques. The number of patients in Japan reaches 3 million, and medical expenses reach 2.5 trillion yen annually (Non-Patent Document 1).

血管病の発生には、血圧による壁応力、血流による壁面せん断応力(wall shear stress)等の血行力学によって説明される生理的要因が重要な役割を有する(非特許文献2)。   Physiological factors explained by hemodynamics, such as wall stress due to blood pressure and wall shear stress due to blood flow, play an important role in the occurrence of vascular disease (Non-Patent Document 2).

また、磁気共鳴画像断層法(MRI)や血管造影法の進歩にともなって、人間ドックや他の疾患での受診を契機とする未破裂動脈瘤の発見が増加している。未破裂脳動脈瘤の保有者は30歳以上の成人で3%強とされる(非特許文献3)。そして、未破裂脳動脈瘤の保有者の中、1年間で約0.95%が破裂するとされている(非特許文献3)。   In addition, with the progress of magnetic resonance imaging tomography (MRI) and angiography, the detection of unruptured aneurysms triggered by consultation for a medical checkup or other diseases is increasing. The unruptured cerebral aneurysm is considered to be slightly more than 3% in adults over 30 years (Non-Patent Document 3). And it is said that about 0.95% of the carriers of the unruptured cerebral aneurysm rupture in one year (Non-Patent Document 3).

このような血管病の有病率の高さ、経済的なインパクトに加え、ドックなどにより無症状で発見されることが多いことから、血管病の発症重症化を未然に防ぐ治療法を開発することは超高齢化社会にある我が国の喫緊の課題である。   In addition to the high prevalence of vascular disease, the economic impact, and the fact that it is often found asymptomatically by docking, etc., we will develop a treatment to prevent the onset of vascular disease from occurring. This is an urgent issue for Japan in a super-aging society.

そこで、動脈瘤の発生又は成長の機序の解明と、その予防又は治療のための薬剤をスクリーニングするために、培養細胞を用いたin vitroやin vivoの動脈瘤モデルを開発する試みがなされ(特許文献2、3、非特許文献4)、薬剤のスクリーニングに利用されている(特許文献3)。しかし、これらのin vitroの疾患モデルは、患者で認められる病態に近似するとは言い難く、また、in vivoの疾患モデルは、1個体で血管の病理学的変化を連続的に観察することはできず、1時点での観測しかできないため、多大な手間と時間を要する問題があった。   Therefore, in order to elucidate the mechanism of aneurysm generation or growth and to screen for a drug for its prevention or treatment, an attempt has been made to develop an in vitro or in vivo aneurysm model using cultured cells ( Patent Literatures 2 and 3 and Non-Patent Literature 4) are used for drug screening (Patent Literature 3). However, these in vitro disease models are hardly close to the pathological conditions observed in patients, and the in vivo disease models do not allow continuous observation of vascular pathological changes in one individual. However, since only observations can be made at one point in time, there is a problem that a lot of trouble and time are required.

特開2009-107955号公報JP 2009-107955 A 特開2003-052364号公報JP 2003-052364 A 特開2012-080888号公報JP 2012-080888 Gazette

厚生労働省、平成27年度国民医療費の概況Ministry of Health, Labor and Welfare, 2015 National Health Expenditure 大島まり, et al., 脳外誌 23 (2014) 710-714Mari Oshima, et al., Extracerebral Journal 23 (2014) 710-714 日本脳ドック学会脳ドックの新ガイドライン作成委員会編「脳ドックのガイドライン2014[改訂・第4版]」pp71-83、2014年4月、株式会社響文社、札幌Japan Brain Dock Association Brain Dock New Guidelines Development Committee, “Brain Dock Guidelines 2014 [Revised, 4th Edition]” pp71-83, April 2014, Kyobunsha Co., Ltd., Sapporo Hashimoto N., et al., Surg Neurol. 10 (1978) 3-8.Hashimoto N., et al., Surg Neurol. 10 (1978) 3-8.

本発明は、患者の血管病の病態に近似し、簡便かつ短期間で作製可能で、血管組織が正常から病態へと経時間的に変化するプロセスを解明することが可能な、ex vivoの疾患モデルの作製方法を確立し、血管病の予防又は治療のための薬剤のスクリーニングに利用可能な疾患モデルを提供することを課題とする。   The present invention provides an ex vivo disease that approximates the pathological condition of a vascular disease of a patient, can be prepared easily and in a short period of time, and is capable of elucidating a process in which vascular tissue changes from a normal state to a pathological state over time. It is an object to establish a method for preparing a model and to provide a disease model that can be used for screening a drug for preventing or treating vascular disease.

本発明者らは、永年、ヒトから摘出した脳動脈瘤と血行力学の関係を研究し、脳動脈瘤の初期〜成長過程の病理的所見として、内皮細胞の剥離、内弾性板の崩壊をベースとして、血管平滑筋細胞壊死を介した血管壁菲薄化と血管平滑筋細胞増殖を介した血管壁肥厚化で特徴づけられ、血管平滑筋細胞壊死はアポトーシスにより惹起されるという知見を得ており、これらの特徴的な所見を発現するex vivoの疾患モデルの確立を鋭意研究し、本発明を完成させた。   The present inventors have studied the relationship between cerebral aneurysms removed from humans and hemodynamics for many years, and based on the pathological findings during the initial stage of cerebral aneurysm-growth process, based on endothelial cell detachment and collapse of internal elastic plate. As is characterized by vascular wall thinning via vascular smooth muscle cell necrosis and vascular wall thickening via vascular smooth muscle cell proliferation, we have obtained the finding that vascular smooth muscle cell necrosis is triggered by apoptosis, The present inventors have intensively studied the establishment of an ex vivo disease model that expresses these characteristic findings, and completed the present invention.

具体的には、本発明は、血管病の病態生理のex vivoでの解析方法であって、
培養液中に配置した摘出血管の切開した血管組織の内皮細胞側表面に一定期間、物理的ストレスを負荷する工程、
前記摘出血管の物理的ストレス負荷部位又はその周辺部位の病理学的変化を観測する工程、
前記病理学的変化を解析する工程、
を含むことを特徴とする、解析方法。
Specifically, the present invention is an ex vivo method for analyzing the pathophysiology of vascular disease,
A step of applying physical stress to the endothelial cell side surface of the cut vascular tissue of the isolated blood vessel placed in the culture solution for a certain period of time,
Observing a pathological change in the site of physical stress loading of the isolated blood vessel or its surrounding area,
Analyzing the pathological changes,
An analysis method, comprising:

本発明の解析方法において、前記物理的ストレスを負荷する工程が、前記培養液の定常流の血管組織への衝突を含む場合がある。   In the analysis method of the present invention, the step of applying the physical stress may include a collision of a steady flow of the culture solution with vascular tissue.

本発明の解析方法において、前記病理学的変化が、形態学的変化、生化学的変化又は遺伝子発現の変化から選択される場合がある。   In the analysis method of the present invention, the pathological change may be selected from a morphological change, a biochemical change, or a change in gene expression.

本発明の解析方法において、前記病理学的変化が、内皮細胞の剥離、中膜の菲薄化若しくは肥厚化、内弾性板の崩壊、血管平滑筋細胞の形状変化、増殖性変化若しくはアポトーシスの有無の観測である場合がある。   In the analysis method of the present invention, the pathological change is the presence or absence of endothelial cell detachment, thinning or thickening of the media, collapse of the internal elastic plate, change in the shape of vascular smooth muscle cells, proliferative change or apoptosis. It may be an observation.

本発明の解析方法において、前記観測が、血管壁厚の測定、又は、血管平滑筋細胞の増殖性変化若しくはアポトーシスの有無から選択される性状に分類した細胞数の計測である場合がある。   In the analysis method of the present invention, the observation may be a measurement of a blood vessel wall thickness or a measurement of the number of cells classified into properties selected from the presence or absence of proliferative change or apoptosis of vascular smooth muscle cells.

本発明の解析方法において、前記血管病が、血行力学的要因を病因とする疾患である場合がある。   In the analysis method of the present invention, the vascular disease may be a disease caused by a hemodynamic factor.

本発明の解析方法において、前記血行力学的要因を病因とする疾患が、脳動脈瘤、大動脈瘤、頸動脈瘤、動脈硬化症又は高血圧症から選択される場合がある。   In the analysis method of the present invention, the disease caused by the hemodynamic factor may be selected from cerebral aneurysm, aortic aneurysm, carotid aneurysm, arteriosclerosis, or hypertension.

また、本発明は、血管病に対するex vivoの疾患モデルの作製方法であって、
培養液中に配置した摘出血管の切開した内腔側血管壁面に一定期間、物理的ストレスを負荷する工程、
を含む作製方法を提供する。
Further, the present invention is a method for preparing an ex vivo disease model for vascular disease,
A step of applying physical stress to the incised luminal vessel wall of the isolated blood vessel placed in the culture solution for a certain period of time,
There is provided a production method comprising:

本発明の作製方法において、前記血管病が、血行力学的要因を病因とする疾患である場合がある。   In the production method of the present invention, the vascular disease may be a disease caused by a hemodynamic factor.

本発明の作製方法において、前記血行力学的要因を病因とする疾患が、脳動脈瘤、大動脈瘤、頸動脈瘤、動脈硬化症又は高血圧症から選択される場合がある。   In the production method of the present invention, the disease caused by the hemodynamic factors may be selected from cerebral aneurysm, aortic aneurysm, carotid aneurysm, arteriosclerosis, or hypertension.

さらに、本発明は、血管病に対するex vivoの疾患モデルであって、
培養液中に配置した摘出血管の切開した内腔側血管壁面に一定期間、物理的ストレスを負荷する工程を含む作製方法によって作製され、
血管内皮細胞が剥離した血管組織、菲薄化若しくは肥厚化した中膜、崩壊した内弾性板、増殖性変化若しくはアポトーシスを惹起した血管平滑筋細胞の少なくとも1つを含む疾患モデルを提供する。
Further, the present invention is an ex vivo disease model for vascular disease,
Produced by a production method including a step of applying a physical stress to the incised luminal vessel wall surface of the isolated blood vessel placed in the culture solution for a certain period of time,
Provided is a disease model comprising at least one of vascular tissue from which vascular endothelial cells have been detached, a thinned or thickened media, a collapsed internal elastic plate, and vascular smooth muscle cells that have induced a proliferative change or apoptosis.

本発明の疾患モデルにおいて、前記血管病が、血行力学的要因を病因とする疾患である場合がある。   In the disease model of the present invention, the vascular disease may be a disease caused by a hemodynamic factor.

本発明の疾患モデルにおいて、前記血行力学的要因を病因とする疾患が、脳動脈瘤、大動脈瘤、頸動脈瘤、動脈硬化症又は高血圧症から選択される場合がある。   In the disease model of the present invention, the disease caused by the hemodynamic factors may be selected from cerebral aneurysms, aortic aneurysms, carotid aneurysms, arteriosclerosis, or hypertension.

また、本発明は、血管病の予防又は治療のための薬剤のスクリーニング方法であって、
被験化合物を含有する培養液中に配置した摘出血管の切開した内腔側血管壁面に一定期間、物理的ストレスを負荷する工程、
前記摘出血管の物理的ストレス負荷部位又はその周辺部位の病理学的変化を観測する工程、
前記病理学的変化を解析し、評価する工程
を含むスクリーニング方法を提供する。
Further, the present invention is a method for screening a drug for the prevention or treatment of vascular disease,
A step of applying a physical stress to the incised luminal vessel wall of the isolated blood vessel placed in the culture solution containing the test compound for a certain period of time,
Observing a pathological change in the site of physical stress loading of the isolated blood vessel or its surrounding area,
A screening method including a step of analyzing and evaluating the pathological change is provided.

本発明のスクリーニング方法において、前記物理的ストレスを負荷する工程が、前記培養液の定常流の衝突を含む場合がある。   In the screening method of the present invention, the step of applying the physical stress may include the collision of a steady flow of the culture solution.

本発明のスクリーニング方法において、前記血管病が、血行力学的要因を病因とする疾患である場合がある。   In the screening method of the present invention, the vascular disease may be a disease caused by a hemodynamic factor.

本発明のスクリーニング方法において、前記血行力学的要因を病因とする疾患が、脳動脈瘤、大動脈瘤、頸動脈瘤、動脈硬化症又は高血圧症から選択されるこ場合がある。   In the screening method of the present invention, the disease caused by the hemodynamic factors may be selected from cerebral aneurysms, aortic aneurysms, carotid aneurysms, arteriosclerosis, or hypertension.

さらに、本発明は、血管病のex vivoの疾患モデルの製造装置であって、
血管組織を培養する組織培養部、定常流発生部、血管組織への定常流による衝突圧調整用ノズル部とを備える製造装置を提供する。
Further, the present invention is an apparatus for producing an ex vivo disease model of vascular disease,
Provided is a manufacturing device including a tissue culture unit for culturing vascular tissue, a steady flow generating unit, and a nozzle unit for adjusting a collision pressure by a steady flow to vascular tissue.

本発明の製造装置において、前記血管病が、血行力学的要因を病因とする疾患である場合がある。   In the manufacturing apparatus of the present invention, the vascular disease may be a disease caused by a hemodynamic factor.

本発明の製造装置において、前記血行力学的要因を病因とする疾患が、脳動脈瘤、大動脈瘤、頸動脈瘤、動脈硬化症又は高血圧症から選択される場合がある。   In the manufacturing apparatus of the present invention, the disease caused by the hemodynamic factor may be selected from cerebral aneurysm, aortic aneurysm, carotid aneurysm, arteriosclerosis, or hypertension.

本発明により、患者の血管病の病態に近似し、簡便かつ短期間で作製可能で、血管組織が正常から病態へと経時間的に変化するプロセスを解明することが可能な、ex vivoの疾患モデルの作製方法を確立し、血管病の予防又は治療のための薬剤のスクリーニングに利用可能な疾患モデルを提供することができる。   According to the present invention, an ex vivo disease that can approximate a pathological condition of a vascular disease of a patient, can be prepared simply and in a short time, and can elucidate a process in which vascular tissue changes from a normal state to a pathological state over time. A method for preparing a model can be established to provide a disease model that can be used for screening a drug for preventing or treating vascular disease.

血管病の進展と血管恒常性の破綻度の関係を説明する模式図(左図)、及び、患者の脳動脈瘤の発生時と成長時の菲薄部と肥厚部の存在を示した写真図(右図)。A schematic diagram (left) illustrating the relationship between the progression of vascular disease and the degree of vascular homeostasis disruption, and a photograph showing the presence of thinned and thickened parts during the occurrence and growth of a patient's cerebral aneurysm ( Right figure). 疾患モデル作製装置の概略図。左図:装置全体の概略図。右図:定常流噴射ノズル〜固定台に固定した血管組織を拡大した図。The schematic diagram of a disease model production device. Left figure: schematic diagram of the entire device. Right: Enlarged view of the steady flow jet nozzle to the vascular tissue fixed to the fixed base. コンピュータシミュレーションで算定した流量の変化に対する最大壁面せん断応力の変化をプロットした図。The figure which plotted the change of the maximum wall shear stress with respect to the change of the flow rate calculated by computer simulation. 3日間、衝突流を作用させた血管組織の切片をHE染色で染色して、内皮細胞の剥離の有無を観察した光学顕微鏡写真図。(A)は衝突域、(B)は非衝突域を示す。衝突域において内皮細胞は剥離しており、非衝突域において内皮細胞を確認できる(矢頭:▼)。FIG. 3 is an optical micrograph showing that a section of a vascular tissue subjected to a collision flow for 3 days was stained with HE to observe whether endothelial cells were detached. (A) shows the collision area, and (B) shows the non-collision area. Endothelial cells are detached in the collision area, and endothelial cells can be confirmed in the non-collision area (arrowhead: ▼). 3日間、衝突流を作用させた血管組織の切片をHE染色とTUNNEL染色で染色し、衝突域と非衝突域を観察した光学顕微鏡写真図。Optical micrograph showing a section of a vascular tissue subjected to a collision flow for 3 days, stained with HE staining and TUNNEL staining, to observe a collision area and a non-collision area. 3日間、衝突流を作用させた血管組織の衝突域と非衝突域の血管壁厚を計測して比較した結果を表す図。The figure showing the result of having measured and compared the blood-vessel wall thickness of the collision area | region and the non-collision area | region of the vascular tissue which applied the collision flow for 3 days. 3日間、衝突流を作用させた血管組織の衝突域の切片の走査型電子顕微鏡写真図。平滑筋細胞核が濃縮し、アポトーシスによる平滑筋細胞死を示した。Scanning electron micrograph of a section of a collision area of vascular tissue subjected to a collision flow for 3 days. Smooth muscle cell nuclei were enriched, indicating apoptotic smooth muscle cell death. 3日間、衝突流を作用させた血管組織の切片におけるTUNNEL染色陽性平滑筋細胞数の割合を計測し、平滑筋細胞アポトーシスの割合を衝突域と非衝突域とで比較した結果を表す図。The figure which represents the result of measuring the ratio of the number of TUNNEL-staining positive smooth muscle cells in the section of the vascular tissue subjected to the collision flow for 3 days, and comparing the ratio of the smooth muscle cell apoptosis between the collision region and the non-collision region. 3日間、衝突流を作用させた血管組織の切片におけるHE染色での弾性板を観察した光学顕微鏡写真図。(A)は摘出直後、(B)は3日間衝突流を作用させた衝突域の結果を表す。FIG. 4 is an optical micrograph showing observation of an elastic plate with HE staining in a section of vascular tissue subjected to a collision flow for 3 days. (A) shows the results immediately after extraction, and (B) shows the results in the collision area where the collision flow was applied for 3 days. 3日間、衝突流を作用させた血管組織の切片におけるKi67染色により増殖細胞を観察した蛍光顕微鏡による蛍光写真図。(A)はHoechst33342染色図、(B)はKi67染色図、(C)はHoechst33342とKi67の重畳図である。FIG. 3 is a fluorescence photograph by a fluorescence microscope in which proliferating cells were observed by Ki67 staining in a section of vascular tissue subjected to a collision flow for 3 days. (A) is a Hoechst33342 stained diagram, (B) is a Ki67 stained diagram, and (C) is a superimposed diagram of Hoechst33342 and Ki67. 本実験で得られた病態の解析結果を総括した概略図。上図:下図の位置に対応させた壁面せん断応力と圧力(衝突圧)の強度を表した図。下図:衝突域、非衝突域及びそれらの境界域における、内皮細胞と平滑筋細胞について、各正常細胞、アポトーシス惹起細胞及び増殖期細胞の分布と、内弾性板の病理像を模式化した図。Schematic diagram summarizing the results of the analysis of the pathological conditions obtained in this experiment. Upper figure: A figure showing the strength of wall shear stress and pressure (impact pressure) corresponding to the positions in the lower figure. Lower figure: A diagram schematically showing the distribution of normal cells, apoptosis-inducing cells and proliferating cells, and a pathological image of the inner elastic plate of endothelial cells and smooth muscle cells in the collision area, the non-collision area, and their boundary areas.

1.血管病の病態生理のex vivoでの解析方法
本発明の実施形態の1つは、血管病の病態生理のex vivoでの解析方法である。
1. Ex vivo Method for Analyzing the Pathophysiology of Vascular Disease One embodiment of the present invention is a method for analyzing the pathophysiology of vascular disease ex vivo.

本発明が対象とする血管病は、圧力による壁応力、血流による壁面せん断応力などの血行力学的要因を病因として惹起される。   The vascular disease targeted by the present invention is caused by a hemodynamic factor such as a wall stress due to pressure and a wall shear stress due to blood flow.

血管病は、血管恒常性の逸脱に始まり、血管の変容と修復が拮抗した状態を経る。その後、変容が修復に勝れば恒常性破綻に向かい、修復が変容に勝れば恒常性を新たに獲得するという病態転換を経験する。図1は、脳動脈瘤の例の病態転換を説明している。脳動脈瘤は、発生時に血管壁が一様に菲薄化しているが、成長するにつれて菲薄部と肥厚部が共存した状態を示す。すなわち、成長する過程において、菲薄組織の一部が肥厚化に転じることにより、新たな血管恒常性を獲得する。予防又は治療を目的とする血管病の制御に向けた糸口を掴むには、この破綻修復の転換機構を解明・制御できることが求められる。しかしながら、細胞間・臓器間の相互作用という極めて複雑な生命現象からなる生命維持システムであり、この転換機構の原理や支配法則は未だ必ずしも明らかにされていない。   Vascular disease begins with a deviation from vascular homeostasis and undergoes a state in which vascular transformation and repair are antagonized. After that, if the transformation succeeds in restoration, it will lead to the breakdown of homeostasis, and if the restoration overcomes the transformation, it will undergo a new transformation of homeostasis. FIG. 1 illustrates the pathological transformation of an example of a cerebral aneurysm. A cerebral aneurysm shows a state in which a blood vessel wall is uniformly thinned at the time of occurrence, but a thinned part and a thickened part coexist as it grows. That is, during the growth process, a part of the thin tissue turns into thickening, thereby acquiring new vascular homeostasis. In order to grasp the clues toward the control of vascular diseases for the purpose of prevention or treatment, it is necessary to be able to elucidate and control the conversion mechanism of this rupture repair. However, it is a life support system consisting of extremely complex life phenomena, that is, the interaction between cells and organs, and the principle and governing law of this conversion mechanism have not yet been elucidated.

血管病の理解は、ヒト病理サンプルによる病態情報の集積と洞察に始まり、動物実験と細胞培養により補強されてきた。病態転換の機構を解明するためには、病態の発症重症化という経時間的なプロセスを明らかにする必要がある。しかしながら、ヒト病理サンプルや動物実験は1時点での情報(スナップショット)であり、経時間的なプロセスを可視化できないことが欠点である。細胞培養は、この欠点を補う手法として、単一ないしは複数の細胞を人工的な材料(コラーゲン等)のもと培養する手法である。しかし、細胞培養による疾患モデルは、細胞機能の解明を目指したものであるが、血管病が呈する細胞外マトリクスの変性や破綻、及び、細胞外マトリクスと血管細胞との間の相互作用を再現できないことが欠点となる。以上より、血管病が進行する経時間的なプロセスを明らかにする実験技術が存在しなかった。   Understanding vascular disease began with the accumulation and insight of pathological information from human pathological samples and has been reinforced by animal experiments and cell culture. In order to elucidate the mechanism of pathological transformation, it is necessary to clarify the time-dependent process of onset of pathological conditions. However, human pathological samples and animal experiments are information (snapshots) at a single point in time, and have the drawback that they cannot visualize the chronological process. Cell culture is a method of culturing a single or a plurality of cells under an artificial material (such as collagen) as a method for compensating for this disadvantage. However, cell culture-based disease models aim to elucidate cell functions, but cannot reproduce the degeneration or breakdown of the extracellular matrix exhibited by vascular disease, and the interaction between extracellular matrix and vascular cells This is disadvantageous. As described above, there has been no experimental technique for elucidating a temporal process in which vascular disease progresses.

本発明の1つの実施形態は、血管組織が正常から病態へと経時間的に変化するプロセスの生理的状態やその変化を解明するための疾患モデルを使用した解析方法である。すなわち、本発明は、血管組織が血行力学的要因によって血管の生理的状態が修復可能な範囲で変容し、その後、病態が進展し、さらに、転換期を経て、病態が安定化又は不安定化に至る過程の病態生理及び/又はこれらのプロセス、及びその機序を解明する解析方法を提供する。本発明が対象とする血管病において、特に、動脈瘤において、病態の安定化とは、動脈の菲薄化を経て瘤様形状となった血管壁が転換期を経ることにより血管壁肥厚化に転じることができ、動脈瘤が破裂することなく安定化することをいう。また、病態の不安定化とは、菲薄化から肥厚化への転換を経ることなく、血管壁菲薄化が継続し、動脈瘤破裂へと進行していく病態をいう。   One embodiment of the present invention is an analysis method using a disease model for elucidating a physiological state of a process in which vascular tissue changes from a normal state to a pathological state over time and the change thereof. That is, the present invention relates to the present invention, in which the vascular tissue is transformed by a hemodynamic factor to the extent that the physiological state of the blood vessel can be repaired, and thereafter the disease state progresses, and further, after a turning point, the disease state is stabilized or destabilized. To provide an analysis method for elucidating the pathophysiology of the process leading to and / or these processes and the mechanism thereof. In the vascular disease targeted by the present invention, in particular, in an aneurysm, the stabilization of the disease state turns into a vascular wall thickening due to the turning point of the blood vessel wall having an aneurysm-like shape through thinning of the artery. Refers to the stabilization of the aneurysm without rupture. Further, the instability of the disease state refers to a disease state in which the blood vessel wall continues to be thinned and progresses to aneurysm rupture without switching from thinning to thickening.

本発明は、血管組織が正常から病態へと経時間的に変化するプロセスを解明する実験技術を提供する。正常から病態へと遷移する過程には、退行性変化と増殖性変化の相反する2種類の変化が関与する。ここでは、正常血管組織に物理的ストレスを作用させることにより、血管の退行性変化と増殖性変化を体外で再現する新しい実験技術を開発することを目的とする。   The present invention provides experimental techniques for elucidating the process by which vascular tissue changes from normal to pathological conditions over time. The process of transition from normal to disease involves two contradictory changes: degenerative and proliferative. Here, it is an object of the present invention to develop a new experimental technique for reproducing a degenerative change and a proliferative change of a blood vessel outside a body by applying physical stress to a normal vascular tissue.

正常から病態へと進行する過程は、患者から摘出した動脈瘤の病理像から、退行性変化と増殖性変化の2種類に分類できる。なお、本明細書において、「退行性変化」とは、(1)内皮細胞の剥離、(2)平滑筋細胞のアポトーシス、(3)血管壁の菲薄化をいい、「増殖性変化」とは、 (4)内皮細胞の増殖、(5)平滑筋細胞の増殖をいう。   The process of progressing from normal to pathological conditions can be classified into two types, degenerative changes and proliferative changes, based on the pathological image of an aneurysm removed from a patient. As used herein, the term “regressive change” refers to (1) detachment of endothelial cells, (2) apoptosis of smooth muscle cells, and (3) thinning of the blood vessel wall. (4) proliferation of endothelial cells and (5) proliferation of smooth muscle cells.

本発明は、動物から摘出した正常血管組織に物理的ストレスを作用させることにより、血管の退行性変化と増殖性変化を体外で再現する新しい培養技術を含み、これらの退行性変化と増殖性変化を解析することにより、病態の発生から進行についてのプロセス及び/又はその機序を解明し、血管病の予防又は治療のための方法を確立することを含む。   The present invention includes a new culture technique for reproducing degenerative changes and proliferative changes of blood vessels in vitro by applying physical stress to normal vascular tissues extracted from animals. To elucidate the processes from / to the progress of the disease state and / or the mechanism thereof, and to establish a method for the prevention or treatment of vascular disease.

具体的には、本発明は、物理的ストレスを可変制御できる環境のもと、動物から摘出した血管に対して、ex vivoで、ストレスの種類・程度・比率を調整できる環境において、疾患モデルを作製し、この疾患モデルの病態生理を解析する方法である。本発明の解析方法を応用することにより、血管病に対する予防及び/又は治療薬の標的とする作用点を解明することができ、これらの標的に対する薬剤候補をスクリーニングし、さらに薬剤の効果を検証できる利点をもたらすことができる。   Specifically, the present invention provides a disease model in an environment in which the type, degree, and ratio of stress can be adjusted ex vivo for a blood vessel extracted from an animal under an environment in which physical stress can be variably controlled. This is a method for preparing and analyzing the pathophysiology of this disease model. By applying the analysis method of the present invention, it is possible to elucidate the action points targeted by the prophylactic and / or therapeutic drugs against vascular diseases, to screen drug candidates against these targets, and to further verify the effects of the drugs. Can bring benefits.

本発明の解析方法に使用する摘出血管を採取する動物としては、ヒト、サル、イヌ、ネコ、ブタ、ウマ、ウシ、ウサギ、ラット、マウス、モルモット又はニワトリから選択され、これらの動物より摘出した血管を使用できる。摘出血管としては、動脈が好ましい。血管を摘出する臓器は、本発明の疾患モデルを作製できる限り特に限定されないが、ヒトからの摘出血管は、例えば、対象者から予め同意を得た上で、摘出腫瘍組織や血管バイパス術を受けた患者の摘出臓器、死体等から採取できる。ブタ、ウマ、ウシ、イヌ、ネコ又はウサギ等の大動物ないし中動物においては、脳動脈を含む各種動脈を摘出して、本発明の解析方法に使用できる。ラット、マウス、モルモット等の小動物の場合、例えば、上行大動脈、下行大動脈、腹部大動脈等の大動脈を使用できるが、摘出容易性から腹部大動脈が好ましい。   The animal from which the isolated blood vessel used for the analysis method of the present invention is collected is selected from humans, monkeys, dogs, cats, pigs, horses, cows, rabbits, rats, mice, guinea pigs or chickens, and is extracted from these animals. Blood vessels can be used. The isolated blood vessel is preferably an artery. The organ from which the blood vessel is removed is not particularly limited as long as the disease model of the present invention can be prepared.However, the removed blood vessel from a human, for example, is obtained after obtaining the consent of the subject in advance and undergoing a removed tumor tissue or vascular bypass surgery. Can be collected from the excised organs, cadaver, etc. In large or medium animals such as pigs, horses, cows, dogs, cats and rabbits, various arteries including cerebral arteries can be extracted and used in the analysis method of the present invention. In the case of small animals such as rats, mice, and guinea pigs, for example, aorta such as ascending aorta, descending aorta, and abdominal aorta can be used, but abdominal aorta is preferable because of ease of extraction.

摘出した血管は、速やかに長軸方向(血管走行方向)に切開し、血管内腔側、すなわち、血管内皮細胞側に培養液の定常流を衝突可能なように固定し、培養液の定常流を衝突させる。この際、血管壁は摘出前の長さに伸長させて固定する。衝突流が直接衝突する領域には、最大の圧力が負荷される。そして、衝突領域の周辺領域に、衝突流によってもたらされる壁面せん断応力が最大となる領域が含まれる(図11参照)。   The excised blood vessel is promptly dissected in the longitudinal direction (blood vessel running direction), and fixed so that a steady flow of the culture solution can collide with the lumen side of the blood vessel, that is, the vascular endothelial cell side. Collide. At this time, the blood vessel wall is extended and fixed to the length before extraction. Maximum pressure is applied to the area where the impinging flow directly impinges. The area around the collision area includes an area where the wall shear stress caused by the collision flow is maximum (see FIG. 11).

このとき、定常流は定圧流として血管組織に衝突させることにより、その圧力が非常に強ければ、血管組織に対して細胞剥離等の物理的な組織傷害を惹起する。一方、このような物理的な組織傷害を惹起するレベル以下であっても、血管組織に生理的な変化をもたらす場合がある。定圧・定常流の血管組織に与える圧力の程度としては、血管組織に生理的な変化をもたらす限り、特に限定はされない。一方、臨床において脳動脈瘤での最大せん断応力として約20 Pa程度であることが知られている(Miura Y. et al., Stroke 44:519-521(2013))。また、培養内皮細胞を使用した場合に、68 dynes/cm2 (6.8 Pa)の圧力で灌流液を培養細胞に衝突させたときには内皮細胞の剥離は惹起されず、210 dynes/cm2 (21 Pa)で培養液からなる灌流液を衝突させた場合に、内皮細胞の剥離が惹起されることが報告されている(Ostrowski M.A. et al., Biophys.J. 106:366-374(2014)。そこで、臨床での病態に近似させた内皮細胞の剥離を伴う血管組織の疾患モデルを作製し、その病態生理を解析するためには、例えば、せん断応力の最高値が約10〜30 Pa、好ましくは15〜25 Pa、より好ましくは約20 Paとなる態様で、定圧・定常流を所定の期間衝突させることにより、臨床の脳動脈瘤に近似した血管内皮細胞の剥離を伴う病態を有する疾患モデルを作製することができる。 At this time, the steady flow is caused to collide with the blood vessel tissue as a constant pressure flow, and if the pressure is extremely strong, physical tissue damage such as cell detachment is caused to the blood vessel tissue. On the other hand, even if the level is lower than the level at which such physical tissue injury is caused, a physiological change may be caused in the vascular tissue. The degree of pressure applied to the vascular tissue at a constant pressure / steady flow is not particularly limited as long as it causes a physiological change in the vascular tissue. On the other hand, it is known in clinical practice that the maximum shear stress in a cerebral aneurysm is about 20 Pa (Miura Y. et al., Stroke 44: 519-521 (2013)). In addition, when cultured perfusion solution was used to impinge on the cultured cells at a pressure of 68 dynes / cm 2 (6.8 Pa), the detachment of the endothelial cells was not induced, and 210 dynes / cm 2 (21 Pa) was used. ), It has been reported that detachment of endothelial cells is caused by collision with a perfusate composed of a culture solution (Ostrowski MA et al., Biophys. J. 106: 366-374 (2014). In order to prepare a disease model of vascular tissue with detachment of endothelial cells approximated to clinical pathology and to analyze the pathophysiology, for example, the maximum value of shear stress is about 10 to 30 Pa, preferably In a mode of 15 to 25 Pa, more preferably about 20 Pa, by impinging a constant pressure / steady flow for a predetermined period, a disease model having a pathological condition accompanied by detachment of vascular endothelial cells similar to a clinical cerebral aneurysm is obtained. Can be made.

定圧・定常流を衝突させる期間としては、例えば、1、2、3、4又は5日間であり、ヒトの血管病に近似した病理所見を得ることができる3日間が好ましい。また、血管組織への衝突流の圧力の相違によって、衝突期間を適宜変更し、選択することができる。   The period during which the constant-pressure / steady-state flow impinges is, for example, 1, 2, 3, 4 or 5 days, and is preferably 3 days at which pathological findings similar to human vascular disease can be obtained. Further, the collision period can be appropriately changed and selected depending on the difference in the pressure of the collision flow with the vascular tissue.

所定の期間、摘出血管に定圧・定常流を衝突して疾患モデルとして作製した血管組織は、次に、例えば、形態病理学的観察、免疫組織化学的観察、電子顕微鏡による観察、生化学的変化の測定、及び、発現遺伝子の変化の測定等によって血管組織の病態生理を解析することができる。   For a predetermined period, a vascular tissue created as a disease model by colliding a constant pressure / steady flow with an isolated blood vessel is then subjected to, for example, morphopathological observation, immunohistochemical observation, electron microscopic observation, biochemical change. , And the pathophysiology of vascular tissue can be analyzed by measuring changes in expressed genes, and the like.

形態病理学的観察や免疫組織化学的観察としては、例えば、採取した血管組織に対して、当業者に周知の方法に基づき、4%ホルマリン、10%グルタルアルデヒド又は凍結により組織固定を行った後、例えば、数μm〜1 mmの厚さに薄切することにより切片を作製後、一般染色法、組織化学免疫染色法、又は、観察目的に適合させた特殊染色法若しくは金属染色(オスミウム染色、ルテニウム染色、ウラニウム染色、鍍銀染色、金コロイド標識抗体による染色)によって染色し、光学顕微鏡、蛍光顕微鏡又は電子顕微鏡で観察することによって実施できる。   For morphopathological observation or immunohistochemical observation, for example, based on a method known to those skilled in the art, the collected vascular tissue is fixed with 4% formalin, 10% glutaraldehyde, or frozen. For example, after preparing a section by slicing to a thickness of several μm ~ 1 mm, general staining method, histochemical immunostaining method, or a special staining method or metal staining (Osmium staining, Ruthenium staining, uranium staining, silver plating staining, staining with a colloidal gold-labeled antibody) and observing with an optical microscope, a fluorescence microscope, or an electron microscope.

一般染色法としては、例えば、ヘマトキシリン・エオジン(HE)染色、トルイジンブルー染色、アルシアンブルー染色、PAS染色、コロイド銀染色、エラスチカ・ワンギーソン染色、マッソントリクローム染色、アザン染色、ベルリンブルー染色、パパニクロウ染色等の代表的な一般染色法を使用することができる。   General staining methods include, for example, hematoxylin and eosin (HE) staining, toluidine blue staining, Alcian blue staining, PAS staining, colloidal silver staining, Elastica Wangieson staining, Masson trichrome staining, Azan staining, Berlin blue staining, Papanichiro A typical general staining method such as staining can be used.

組織化学免疫法としては、観察対象とする生体成分に対する抗体を用い、当業者に周知の方法によって、組織切片における観察対象とする生体成分の変化を鏡検することによって観察し、解析することができる。   The histochemical immunoassay uses an antibody against a biological component to be observed, and can be observed and analyzed by microscopic examination of changes in the biological component to be observed in a tissue section by a method well known to those skilled in the art. it can.

特殊染色法としては、例えば、アポトーシスを惹起した細胞を染色する場合、例えば、アポトーシスによるDNAの断片化を特異的に検出するTunnel染色、また、核を特異的に染色することができるHoechstR33342、SYTOR9、SYTOR82、SYTOXRGreen、TO-PROR-3、DRAQ5TM、DRAQ7TM、DAPI(4',6-diamidino-2-phenylindole)などの染色剤を使用する染色法を使用することができる。 As a special staining method, for example, when staining cells in which apoptosis is induced, for example, Tunnel staining for specifically detecting DNA fragmentation due to apoptosis, and Hoechst R 33342 capable of specifically staining nuclei use SYTO R 9, SYTO R 82, SYTOX R Green, tO-PRO R -3, DRAQ5 TM, DRAQ7 TM, DAPI (4 ', 6-diamidino-2-phenylindole) staining method using stains such as can do.

また、増殖期にある細胞を染色する場合、例えば、細胞増殖マーカーであるKi67タンパク質に対する抗Ki67抗体を使用する組織化学免疫染色を使用することができる。Ki67染色後、例えば、光学顕微鏡、蛍光顕微鏡又は蛍光顕微鏡等で鏡検することにより、培養血管組織に対して正常組織と比較して、形態学的な変化や生理学的な変化を観測することができる。   When cells in the proliferation phase are stained, for example, histochemical immunostaining using an anti-Ki67 antibody against the Ki67 protein, which is a cell proliferation marker, can be used. After Ki67 staining, for example, microscopic examination with an optical microscope, a fluorescence microscope, or a fluorescence microscope can observe morphological changes and physiological changes in the cultured vascular tissue compared to the normal tissue. it can.

上記以外の染色方法として、各種のサイトカイン、ケモカイン、細胞外マトリクス成分、細胞内情報伝達系成分、その他の血管組織成分に対する抗体を使用した組織免疫染色や各種染色剤を使用し、疾患モデルの病態生理を観測し、解析することができる。   Other staining methods include tissue immunostaining using antibodies against various cytokines, chemokines, extracellular matrix components, intracellular signal transduction components, and other vascular tissue components, and various staining agents, and the pathology of disease models Observe and analyze your physiology.

一般染色法、組織化学免疫染色法及び特殊染色法による観察は、例えば、単染色若しくは多重染色を行い、染色剤に対する陽性若しくは陰性細胞数、細胞密度、細胞の形状・形態・性状等、血管組織における細胞外マトリクス成分若しくは内弾性板の形状・形態・性状等、内膜、中膜、外膜若しくは血管組織全体の形状・形態・性状・厚さ・菲薄化・肥厚化等を観察し、それらの結果を解析することにより、観察対象とする血管組織の生理学的変化を解析することができるが、これらに限定されない。   Observation by general staining method, histochemical immunostaining method and special staining method, for example, perform single staining or multiple staining, and count the number of cells positive or negative for the stain, cell density, cell shape, morphology, properties, etc. Observing the shape, morphology, properties, thickness, thinning, thickening, etc. of the intima, media, adventitia, or the entire vascular tissue, such as the shape, form, and properties of the extracellular matrix component or inner elastic plate in By analyzing the result of (1), the physiological change of the vascular tissue to be observed can be analyzed, but the present invention is not limited thereto.

上記疾患モデルを用いた血管病の病態生理の解析のための生化学的変化の測定は、上記のとおり、測定対象とする生体成分に対する抗体を用いた組織化学免疫染色法によって行うことができる。また、組織化学免疫染色法以外の方法として、被験血管組織の測定対象とする部位の組織片を採取し、組織を当業者に周知の方法で前処理した後、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、ガスクロマトグラフィー(GLC)若しくはマススペクトロメトリー又はイムノアッセイを用い、測定対象とする生体成分の病態による変化を観測することができる。   As described above, the measurement of biochemical changes for analyzing the pathophysiology of vascular disease using the above disease model can be performed by histochemical immunostaining using an antibody against a biological component to be measured. In addition, as a method other than the histochemical immunostaining method, a tissue piece of a site to be measured of a test vascular tissue is collected, the tissue is pretreated by a method well known to those skilled in the art, and then subjected to high performance liquid chromatography (HPLC). Using gas chromatography (GLC), mass spectrometry, or immunoassay, changes in the biological component to be measured due to the disease state can be observed.

遺伝子発現の変化を解析するには、例えば、本技術分野で周知の方法を用いて、解析することができる。例えば、定圧・定常流を衝突させて培養した血管組織より、観測対象とする部位の組織を一部採取し、組織溶解剤で溶解後、観測対象とするタンパク質をコードする遺伝子に対するPCRプローブを用い、RT-PCRを行う、又は、市販のマイクロアレイを用いることにより、測定し、正常組織と比較することにより、解析することができる。   In order to analyze changes in gene expression, for example, analysis can be performed using a method well known in the art. For example, a part of the tissue to be observed is collected from the vascular tissue cultured by colliding a constant pressure and a steady flow, dissolved in a tissue lysing agent, and then used with a PCR probe for a gene encoding the protein to be observed. , RT-PCR, or by using a commercially available microarray, and analyzing by comparing with a normal tissue.

本発明が解析対象とする疾患は、血行力学的要因を病因とする疾患、具体出来には血管病であり、より具体的には、例えば、脳動脈瘤、大動脈瘤、頸動脈瘤、動脈硬化症又は高血圧症から選択することができる。   Diseases to be analyzed by the present invention are diseases caused by hemodynamic factors, specifically vascular diseases. More specifically, for example, cerebral aneurysms, aortic aneurysms, carotid aneurysms, arteriosclerosis Disease or hypertension.

上記の方法による解析方法、及び、上記の方法で解析した結果は、例えば、血管病の発生から進展、さらに破綻に至るメカニズムの解明、血管病の予防又は治療のための方法、血管病の予防又は治療のために標的とする作用点、又は、血管病の予防又は治療のための薬剤のスクリーニング方法等に利用することができる。   The analysis method by the above method, and the result of the analysis by the above method, for example, elucidation of the mechanism leading to the development and further breakdown of vascular disease, a method for prevention or treatment of vascular disease, prevention of vascular disease Alternatively, it can be used for an action point targeted for treatment, or a method for screening a drug for preventing or treating vascular disease.

2.血管病に対するex vivoの疾患モデルの作製方法
本発明のもう1つの実施形態は、上記血管病に対するex vivoの疾患モデルの作製方法である。本発明の疾患モデルの作製方法の実施形態は、上記、「1.血管病の病態生理のex vivoでの解析方法」において詳細に説明した。
2. Method for Producing Ex Vivo Disease Model for Vascular Disease Another embodiment of the present invention is a method for producing an ex vivo disease model for the above vascular disease. Embodiments of the method for producing a disease model of the present invention have been described in detail in “1. Method for ex vivo analysis of pathophysiology of vascular disease” above.

簡略には、動物より摘出した血管を用い、血管を切開し、疾患モデル作製装置内で、培養液を所定の圧力で所定の期間、定圧・定常流を内腔側、即ち、血管内皮細胞側に衝突させることにより、衝突流の圧力による壁応力と、衝突後の衝突流液によってもたらされる壁面せん断応力とを負荷することにより、本発明の疾患モデルを作製することができる。   Briefly, using a blood vessel isolated from an animal, the blood vessel is incised, and the culture solution is subjected to a predetermined pressure at a predetermined pressure for a predetermined period in the disease model producing apparatus, and a constant pressure / steady flow is applied to the lumen side, that is, the vascular endothelial cell side. By applying the wall stress due to the pressure of the collision flow and the wall shear stress caused by the collision flow liquid after the collision, the disease model of the present invention can be produced.

本発明の疾患モデルの作製方法において、対象とする疾患は、血行力学的要因を病因とする疾患、より具体的には血管病であり、さらに具体的には、例えば、脳動脈瘤、大動脈瘤、頸動脈瘤、動脈硬化症又は高血圧症から選択することができる。   In the method for producing a disease model of the present invention, the target disease is a disease caused by hemodynamic factors, more specifically, a vascular disease, and more specifically, for example, cerebral aneurysm, aortic aneurysm , Carotid aneurysm, arteriosclerosis or hypertension.

本発明の作製方法によって作製される疾患モデルは、例えば、血管病の発症から進展、さらに破綻に至るメカニズムの解明、血管病の予防又は治療のための方法、血管病の予防又は治療のために標的とする作用点、又は、血管病の予防又は治療のための薬剤のスクリーニング方法等に利用することができる。   The disease model produced by the production method of the present invention is, for example, for elucidation of the mechanism leading to the onset and progress of vascular disease, further breakdown, a method for preventing or treating vascular disease, and for preventing or treating vascular disease. It can be used as a target action point or a method for screening a drug for preventing or treating vascular disease.

3.疾患モデル
本発明の別の実施形態は、上記血管病に対するex vivoの疾患モデルである。その詳細は、上記、「1.血管病の病態生理のex vivoでの解析方法」において説明した。
3. Disease Model Another embodiment of the present invention is an ex vivo disease model for the vascular disease. The details thereof have been described above in “1. Method for ex vivo analysis of pathophysiology of vascular disease”.

簡略には、動物より摘出した血管を用い、血管を切開し、疾患モデル作製装置内で、培養液を所定の圧力で所定の期間、定圧・定常流を内腔側、即ち、血管内皮細胞側に衝突させることにより、衝突流の圧力による壁応力と、衝突後の衝突流液によってもたらされる壁面せん断応力とを負荷することにより、本発明の疾患モデルを作製することができる。   Briefly, using a blood vessel isolated from an animal, the blood vessel is incised, and the culture solution is subjected to a predetermined pressure at a predetermined pressure for a predetermined period in the disease model producing apparatus, and a constant pressure / steady flow is applied to the lumen side, that is, the vascular endothelial cell side. By applying the wall stress due to the pressure of the collision flow and the wall shear stress caused by the collision flow liquid after the collision, the disease model of the present invention can be produced.

本発明の疾患モデルにおいて、対象とする疾患は、血行力学的要因を病因とする疾患、より具体的には血管病であり、さらに具体的には、例えば、脳動脈瘤、大動脈瘤、頸動脈瘤、動脈硬化症又は高血圧症から選択することができる。   In the disease model of the present invention, the target disease is a disease caused by hemodynamic factors, more specifically a vascular disease, and more specifically, for example, cerebral aneurysm, aortic aneurysm, carotid artery It can be selected from aneurysm, arteriosclerosis or hypertension.

本発明の疾患モデルは、例えば、血管病の発生から進展、さらに破綻に至るメカニズムの解明、血管病の予防又は治療のための方法、血管病の予防又は治療のために標的とする作用点、又は、血管病の予防又は治療のための薬剤のスクリーニング方法等に利用することができる。   The disease model of the present invention is, for example, elucidation of the mechanism leading to the development and further breakdown of vascular disease, a method for prevention or treatment of vascular disease, an action point targeted for prevention or treatment of vascular disease, Alternatively, it can be used for a method for screening a drug for preventing or treating vascular disease, and the like.

4.血管病の予防又は治療のための薬剤のスクリーニング方法
本発明の実施形態の1つは、血管病の予防又は治療のための薬剤のスクリーニング方法である。例えば、上記疾患モデルの作製方法に記載した培養条件下、衝突流を血管組織に衝突させる前、衝突期間中又は衝突終了後、スクリーニング対象とする被験物質を培養液中及び/又は衝突流中に添加し、「1.血管病の病態生理のex vivoでの解析方法」において記載した形態学的変化、生化学的変化又は遺伝子発現の変化を観測し、被験物質を添加しない実験群を対象として比較し、被験物質の血管組織の病態生理に及ぼす作用の有無及び/又は作用の強度を解析し、薬剤の候補化合物を選別することにより、被験物質をスクリーニングすることができる。
4. Method for Screening Drug for Prevention or Treatment of Vascular Disease One embodiment of the present invention is a method for screening a drug for prevention or treatment of vascular disease. For example, under the culture conditions described in the method for producing the disease model, before the collision flow collides with the vascular tissue, during the collision period or after the collision, the test substance to be screened is placed in the culture solution and / or in the collision flow. Morphological changes, biochemical changes or changes in gene expression described in “1. Method for ex vivo analysis of the pathophysiology of vascular disease”, and targeting the experimental group to which no test substance is added. The test substance can be screened by comparing and analyzing the presence / absence of the effect of the test substance on the pathophysiology of the vascular tissue and / or the strength of the action, and selecting candidate compounds for the drug.

5.血管病のex vivoの疾患モデルの製造装置
本発明のもう1つの実施形態は、上記血管病のex vivoの疾患モデルの製造装置である。より具体的には、本発明の製造装置は、血管組織を培養する組織培養部、定常流発生部、血管組織への定常流による衝突圧調整用ノズル部とを備える。
5. Apparatus for Manufacturing Ex Vivo Disease Model of Vascular Disease Another embodiment of the present invention is an apparatus for manufacturing an ex vivo disease model of vascular disease. More specifically, the manufacturing apparatus of the present invention includes a tissue culture unit for culturing vascular tissue, a steady flow generating unit, and a nozzle for adjusting a collision pressure by a steady flow to the vascular tissue.

本発明の製造装置は、動物より摘出した血管組織を培養液中に浸漬し、固定し、培養条件下、前記血管組織の内腔側、すなわち、血管内皮細胞側に定圧・定常流を衝突させる機構を有する(図2参照)。   In the production apparatus of the present invention, a vascular tissue extracted from an animal is immersed in a culture solution and fixed, and under a culture condition, a constant pressure / steady flow collides with the lumen side of the vascular tissue, that is, the vascular endothelial cell side. It has a mechanism (see FIG. 2).

前記組織培養部としては、商業的に利用可能な組織培養装置を入手し、使用することができる。   As the tissue culture unit, a commercially available tissue culture device can be obtained and used.

定常流発生部は、例えば、公知の文献(Sakaguchi K.et al., Scientific Reports 3:1316, 1-7(2013))に記載の装置を入手又は製造し、使用することができる。この装置は、2対のシリンジの反復移動と三方バルブを併用することにより定常流を創出する。   For the steady flow generation unit, for example, an apparatus described in a known document (Sakaguchi K. et al., Scientific Reports 3: 1316, 1-7 (2013)) can be obtained or manufactured and used. This device creates a steady flow by using a repetitive movement of two pairs of syringes and a three-way valve.

血管組織への定常流による衝突圧調整用ノズル部は、例えば、光造形により製作した微小管を有する機構を使用できる。この機構を介して、前記定常流発生部で創出した流れを加速し、培養部中に固定した血管組織に定圧・定常流による衝突負荷を作用させることができる。前記衝突負荷は、定常流の発生を制御することにより、一定の又は変化させた所定の衝突圧で、所定の期間、連続的又は断続的に衝突流を血管組織に作用させることができる。   For the nozzle part for adjusting the collision pressure by the steady flow to the vascular tissue, for example, a mechanism having microtubes manufactured by stereolithography can be used. Through this mechanism, the flow created by the steady flow generating section can be accelerated, and a collision load by a constant pressure / steady flow can be applied to the vascular tissue fixed in the culture section. The collision load can continuously or intermittently apply the collision flow to the vascular tissue for a predetermined period at a constant or changed predetermined collision pressure by controlling the generation of the steady flow.

衝突圧の調整は、定常流発生部で創出させた流体の流速に対する衝突圧調整用ノズル部の噴射口の直径を所望とする衝突圧を得られる態様で調整することによって制御することができる。すなわち、ノズル部の噴射口の直径が一定の場合、定常流の流量を増加させることにより、衝突流の衝突圧を増加させることができる。、また、定常流の流量が一定の場合、ノズル部の噴射項の直径が小さい方が、より衝突圧を増加させることができる。   The adjustment of the collision pressure can be controlled by adjusting the diameter of the ejection port of the collision pressure adjustment nozzle with respect to the flow velocity of the fluid created by the steady flow generation unit in a manner that can obtain a desired collision pressure. That is, when the diameter of the injection port of the nozzle portion is constant, the collision pressure of the collision flow can be increased by increasing the flow rate of the steady flow. In addition, when the flow rate of the steady flow is constant, the smaller the diameter of the injection term of the nozzle portion, the more the collision pressure can be increased.

本発明の前記疾患モデルの作製において、例えば、定常流は定圧流として血管組織に衝突させることにより、血管組織に対して、物理的な組織傷害を惹起しなくとも生理的な変化をもたらすことができる。定圧・定常流の血管組織に与える圧力のレベルとしては、血管組織に生理的な変化をもたらす限り、特に限定はされない。   In the preparation of the disease model of the present invention, for example, by causing a steady flow to collide with the vascular tissue as a constant pressure flow, it is possible to bring about a physiological change to the vascular tissue without causing physical tissue damage. it can. The level of the pressure applied to the vascular tissue at a constant pressure / steady flow is not particularly limited as long as it causes a physiological change in the vascular tissue.

一方、臨床において脳動脈瘤での最大せん断応力として約20 Pa程度であることが知られている(Miura Y. et al., Stroke 44:519-521(2013))。また、培養内皮細胞を使用した場合に、68 dynes/cm2 (6.8 Pa)の圧力で灌流液を培養細胞に衝突させたときには内皮細胞の剥離は惹起されず、210 dynes/cm2 (21 Pa)で培養液を衝突させた場合に、内皮細胞の剥離が惹起されることが報告されている(Ostrowski M.A. et al., Biophys.J. 106:366-374(2014)。そこで、本発明の製造装置を用い、臨床での病態に近似させた内皮細胞の剥離を伴う血管組織の疾患モデルを作製し、その病態生理の解析又は血管病の予防若しくは治療のための薬剤をスクリーニングするには、例えば、せん断応力の最高値が約10〜30 Pa、好ましくは15〜25 Pa、より好ましくは約20 Paとなる態様で、定圧・定常流を所定の期間衝突させることにより、臨床の脳動脈瘤に近似した血管内皮細胞の剥離を伴う病態を有する疾患モデルを作製することができる。 On the other hand, it is known in clinical practice that the maximum shear stress in a cerebral aneurysm is about 20 Pa (Miura Y. et al., Stroke 44: 519-521 (2013)). In addition, when cultured perfusion solution was used to impinge on the cultured cells at a pressure of 68 dynes / cm 2 (6.8 Pa), the detachment of the endothelial cells was not induced, and 210 dynes / cm 2 (21 Pa) was used. ), It has been reported that detachment of endothelial cells is induced when the culture medium is collided (Ostrowski MA et al., Biophys. J. 106: 366-374 (2014). Using a manufacturing apparatus, to create a disease model of vascular tissue accompanied by detachment of endothelial cells approximated to the clinical pathology, to analyze the pathophysiology or to screen for drugs for the prevention or treatment of vascular disease, For example, in a mode in which the maximum value of the shear stress is about 10 to 30 Pa, preferably 15 to 25 Pa, and more preferably about 20 Pa, clinical cerebral aneurysms are caused by impinging a constant pressure / steady flow for a predetermined period. Can create a disease model with a pathological condition involving vascular endothelial cell detachment that approximates .

例えば、定常流発生部で、20 mL/minの定常流を発生した場合、噴射口の直径を0.7 mmを有する前記ノズル部から衝突流を噴射することにより、20 Paの噴射圧を有する衝突流を血管組織に作用することができる。   For example, when a steady flow of 20 mL / min is generated in the steady flow generating section, the impinging stream having a jet pressure of 20 Pa is generated by injecting the impinging stream from the nozzle having a nozzle diameter of 0.7 mm. Can act on vascular tissue.

この血管病のex vivoの疾患モデルの製造装置を使用することにより、血管病のex vivoの疾患モデルを作製することができ、本製造装置は、血管病の病態の発生と進展のメカニズムの解明、血管病に対する予防又は治療のための薬剤のスクリーニング等に利用することができる。   By using the apparatus for producing an ex vivo disease model of vascular disease, an ex vivo disease model of vascular disease can be prepared. This production apparatus can elucidate the mechanism of the occurrence and progression of the pathological condition of vascular disease. It can be used for screening of drugs for preventing or treating vascular diseases.

本明細書において言及される全ての文献はその全体が引用により本明細書に取り込まれる。ここに記述される実施例は本発明の実施形態を例示するものであり、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。   All documents mentioned herein are incorporated by reference in their entirety. The examples described herein are illustrative of embodiments of the present invention and should not be construed as limiting the scope of the invention.

1.試薬及び装置
ヘマトキシリン・エオジン(HE)染色は、武藤化学株式会社(東京)のNew ヘマトキシリン Type M(カタログNo. 30141)及びピュア・エオシン液(カタログNo.32043)を使用した。TUNNEL染色は、タカラバイオ株式会社(滋賀県)のIn situ Apoptosis Detection Kit MK500を使用した。Ki67染色は、1次抗体としてウサギ抗-Ki67 ポリクローナル抗体(Abcam社カタログNo.ab15580、英国)を、2次抗体としてヒツジ抗ウサギIgG H&L (Alexa FluorR 488)(同、ab150077)を使用した。核染色は、Hoechst 33342(Thermofisher社、カタログNo.H1399、米国)を使用した。
組織培養に使用した培地は、DMEM(富士フィルム和光純薬株式会社、大阪、カタログNo.043-30085)、10%FBS(株式会社 ジャパン・バイオシーラ、広島、カタログNo. S1650-500)及び1%penicililin(富士フィルム和光純薬株式会社、カタログNo. 168-23191)を使用した。
光学顕微鏡はオリンパス株式会社(東京)製(BX51型)を、蛍光顕微鏡はオリンパス株式会社製(FV1200型)を、透過型電子顕微鏡は株式会社日立製作所(東京)製(H7650型)を使用した。
1. Reagents and equipment Hematoxylin and eosin (HE) staining was performed using New Hematoxylin Type M (Cat. No. 30141) and Pure Eosin solution (Cat. No. 32043) of Mutoh Chemical Co., Ltd. (Tokyo). For TUNNEL staining, an in situ Apoptosis Detection Kit MK500 from Takara Bio Inc. (Shiga) was used. Ki67 staining, as a primary antibody rabbit anti--Ki67 polyclonal antibody (Abcam, Inc. catalog No.ab15580, UK), sheep as a secondary antibody anti-rabbit IgG H & L (Alexa Fluor R 488) ( same, ab150077) was used. For nuclear staining, Hoechst 33342 (Thermofisher, Catalog No. H1399, USA) was used.
The culture media used for tissue culture were DMEM (Fuji Film Wako Pure Chemical Co., Ltd., Osaka, catalog No. 043-30085), 10% FBS (Japan Bioseala, Hiroshima, catalog No. S1650-500) and 1 % penicililin (Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd., catalog No. 168-23191) was used.
The optical microscope was manufactured by Olympus Corporation (Tokyo) (Model BX51), the fluorescence microscope was manufactured by Olympus Corporation (Model FV1200), and the transmission electron microscope was manufactured by Hitachi, Ltd. (Tokyo) (Model H7650).

疾患モデル作製装置は、マイクロシリンジポンプ(KD Scientific社製No.KDS270、米国)を備えた灌流−培養システム(Sakaguchi K. et al., Scientific Reports 3:1316, 1-7(2013))を定常流作製機として使用し、発明者が製造した。   The disease model preparation device is operated by a perfusion-culture system (Sakaguchi K. et al., Scientific Reports 3: 1316, 1-7 (2013)) equipped with a micro syringe pump (KD Scientific No. KDS270, USA). Used as a flow making machine and manufactured by the inventor.

2.実験方法
本研究は、学校法人早稲田大学の動物実験倫理委員会で承認を得たものである(承認番号2018-A109)。雄性SD系ラット(8〜12週齢、N=3)を使用した。2.7%イソフルラン(50 mg/kg・BW)で全身麻酔し、麻酔下安楽死させた。直ちに、腹部を切開し、腹部大動脈(直径2mm)を摘出した。残存血液を洗浄し、血管外壁の脂肪組織を除去後、血管を長軸方向に切開し、平面状にして血管内腔側、すなわち、内皮細胞側を上側として、DMEM、10%FBS及び1%Penicililinの培養培地を含む培養ディッシュ内に、血管を摘出以前の伸長に復元して固定した。
2. Experimental method This study was approved by the Animal Experimentation Ethics Committee of Waseda University (approval number 2018-A109). Male SD rats (8-12 weeks old, N = 3) were used. General anesthesia was performed with 2.7% isoflurane (50 mg / kg · BW) and euthanized under anesthesia. Immediately, the abdomen was incised, and the abdominal aorta (2 mm in diameter) was removed. After washing the remaining blood and removing the adipose tissue of the outer wall of the blood vessel, the blood vessel is incised in the longitudinal direction, and the blood vessel lumen side in a planar shape, that is, the endothelial cell side is the upper side, DMEM, 10% FBS and 1% In a culture dish containing a culture medium of Penicililin, the blood vessels were restored to their original state before extraction and fixed.

培養ディッシュを疾患モデル作製装置(図2)に設置した。本実験で使用した疾患モデル作製装置は、2対のシリンジと一方弁を有し、シリンジを稼働させることにより、培養液の定常流(流量20 ml/min)を創出した。直径(φ)0.7mmのノズルを介して定常流を加速し、コンピュータシミュレーションにより、衝突による壁面へのせん断応力が最大となる領域において、せん断応力が20 Paとなるように制御して(図3)、培養期間である3日間持続して、前記摘出血管組織に衝突させた。培養は、インキュベータ(温度37℃、CO2濃度5.0%)内で培養した。 The culture dish was set in a disease model preparation device (FIG. 2). The disease model production apparatus used in this experiment had two pairs of syringes and one valve, and created a steady flow of culture solution (flow rate 20 ml / min) by operating the syringes. The steady flow is accelerated through a nozzle with a diameter (φ) of 0.7 mm, and controlled by computer simulation to control the shear stress to 20 Pa in the region where the shear stress on the wall due to the collision is maximum (Fig. 3). ), And collided with the extracted vascular tissue for 3 days, which is the culture period. The culture was performed in an incubator (temperature: 37 ° C., CO 2 concentration: 5.0%).

なお、上記シミュレーションに用いた形状はDassault Systems社(仏国)製の3次元CADソフト(SOLIDWORKS)を用いて作成した。シミュレーションは、Ansys社(米国)製の汎用熱流体解析ソフトウェアANSYS CFXを用いた。流体はニュートン流体(密度1000 Kg/m3, 粘度0.001 Pas)とした。解析は定常流のもと実施した。入口は速度境界条件、出口は圧力境界条件とした。速度境界条件は流量毎に規定し、圧力境界は0 Paとした。 The shape used in the above simulation was created using 3D CAD software (SOLIDWORKS) manufactured by Dassault Systems (France). The simulation used ANSYS CFX, a general-purpose thermal fluid analysis software manufactured by Ansys (USA). The fluid was Newtonian fluid (density 1000 Kg / m 3 , viscosity 0.001 Pas). The analysis was performed under a steady flow. The inlet was under velocity boundary conditions and the outlet was under pressure boundary conditions. The velocity boundary condition was defined for each flow rate, and the pressure boundary was set to 0 Pa.

培養組織を、4%ホルマリンで組織固定後、厚さ2μmの切片を作製し、ヘマトキシリン・エオジン(HE)染色、アポトーシスを描出するTunnel染色、Hoechst33342による核染色と細胞増殖期を描出する抗Ki67抗体による免疫染色の二重染色を行い、光学顕微鏡による観察を行い、退行性変化及び増殖性変化を評価した。   After fixing the cultured tissue with 4% formalin, a 2 μm-thick section is prepared, hematoxylin and eosin (HE) staining, Tunnel staining for apoptosis, anti-Ki67 antibody for nuclear staining with Hoechst33342 and cell proliferation phase Was performed, and observation was performed with an optical microscope to evaluate degenerative changes and proliferative changes.

3.実験結果
(1) 内皮細胞の剥離
ラット腹部大動脈組織を摘出後、長軸方向に切開し、培養条件下20 Paの定圧・定常流を血管内皮細胞側に3日間衝突させて物理的ストレスを負荷した後、組織固定後厚さ2μmの切片を作製し、ヘマトキシリン・エオジン染色(HE染色)を行い血管断面を光学顕微鏡で観察した。その結果を図4に示した。
3. Experimental result
(1) Endothelial cell exfoliation After excision of rat abdominal aortic tissue, incision was performed in the longitudinal direction, and a constant pressure / steady flow of 20 Pa was applied to the vascular endothelial cells for 3 days under culture conditions to apply physical stress. After fixing the tissue, a slice having a thickness of 2 μm was prepared, stained with hematoxylin and eosin (HE staining), and the cross section of the blood vessel was observed with an optical microscope. The result is shown in FIG.

(A)は定圧・定常流の衝突域を、(B)は非衝突域を示す。衝突域において臨床での血管病の病態と同様に内皮細胞は剥離しており、一方、非衝突域においては内皮細胞(▼)の残存を認めた。   (A) shows a constant pressure / steady flow collision area, and (B) shows a non-collision area. Endothelial cells were exfoliated in the collision area as in the case of clinical vascular disease, while endothelial cells (▼) remained in the non-collision area.

(2) 血管壁厚の菲薄化及び平滑筋細胞のアポトーシス
上記の定圧・定常流を20 Paの圧力で3日間物理的ストレスを負荷上記血管組織の亜連続切片を各HE染色とアポトーシスの惹起を染色するTUNNEL染色とで染色し、衝突域と非衝突域について、病理像と血管壁厚とを比較した(図5−1)。血管壁厚の計測は、亜連続切片(6枚、100 μm間隔)を対象とし、各切片を200μm毎の領域に分割し、その領域内の二等分線の長さより算出した。衝突位置を中心にして直径0.7 mm以内を衝突域とし、衝突域から1 mm離れた領域を非衝突域とし、領域毎で壁厚の平均値と標準偏差を算出した。平滑筋細胞アポトーシスの割合は、領域毎での全細胞数に対するTUNNEL染色陽性細胞数の割合を求めた。
(2) Thinning of blood vessel wall thickness and apoptosis of smooth muscle cells Physical stress was applied for 3 days at the above-mentioned constant pressure and steady flow at a pressure of 20 Pa. The cells were stained with TUNNEL stain, and the pathological image and the blood vessel wall thickness were compared between the collision area and the non-collision area (FIG. 5-1). The measurement of the blood vessel wall thickness was performed on sub-continuous sections (six pieces, 100 μm intervals), each section was divided into regions of 200 μm, and the length was calculated from the length of the bisector in each region. The area within 0.7 mm in diameter from the collision position was defined as the collision area, and the area 1 mm away from the collision area was defined as the non-collision area. The average value and standard deviation of the wall thickness were calculated for each area. The ratio of smooth muscle cell apoptosis was determined by the ratio of the number of TUNNEL-staining positive cells to the total number of cells in each region.

衝突域は、非衝突域より血管壁厚が小さく(Studentのt検定 P<0.01)、中膜の菲薄化が進行していた(図5:上段及び中段;HE染色、下段;TUNNEL染色、図6;壁厚の計測結果)。   In the collision area, the blood vessel wall thickness was smaller than the non-collision area (Student's t-test P <0.01), and the thinning of the media was progressing (FIG. 5: upper and middle rows; HE staining, lower row; TUNNEL staining, FIG. 6; measurement result of wall thickness).

TUNNEL染色より衝突域において平滑筋細胞の細胞死(白色逆三角形:▽)を多数認めた(図5下段)。衝突部のみにおいて平滑筋細胞のアポトーシスを観察し、血管組織の退行性変化が再現されていることを認めた。   From TUNNEL staining, many cell deaths (white inverted triangles: ▽) of smooth muscle cells were observed in the collision area (FIG. 5, lower panel). Apoptosis of smooth muscle cells was observed only in the collision area, and it was confirmed that degenerative changes in vascular tissue were reproduced.

さらに、この標本について、透過型電子顕微鏡で観察したところ、平滑筋細胞核が濃縮しており、平滑筋細胞死はアポトーシスであることが示された(図7)。   Furthermore, observation of this specimen with a transmission electron microscope revealed that the smooth muscle cell nuclei were concentrated and that smooth muscle cell death was apoptosis (FIG. 7).

アポトーシスを惹起した平滑筋細胞の割合は、非衝突域と比較して、衝突域において有意に増加した(t検定 P<0.01)(図8)。   The percentage of smooth muscle cells that induced apoptosis significantly increased in the collision area compared to the non-collision area (t-test P <0.01) (FIG. 8).

(3) 内弾性板の崩壊
HE染色による内弾性板の観察を行った(図9)。図9(A)は摘出直後、図9(B)は、20 Paの定圧・定常流を3日間衝突させて物理的ストレスを負荷した衝突域の病理像を表す。摘出直後には5層の弾性板を確認できたが、3日間の物理的ストレスの負荷によって、内弾性板の崩壊が進行していることが認められた。
(3) Collapse of inner elastic plate
The inner elastic plate was observed by HE staining (FIG. 9). FIG. 9 (A) shows a pathological image immediately after the extraction, and FIG. 9 (B) shows a pathological image of a collision area where physical stress was applied by collision with a constant pressure / steady flow of 20 Pa for 3 days. Immediately after the extraction, five layers of elastic plate were confirmed, but it was recognized that the collapse of the inner elastic plate was progressing due to the application of physical stress for three days.

(4) 増殖期細胞の観察
上記の20 Paの定圧・定常流を3日間衝突させて物理的ストレスを負荷した血管組織の標本について、細胞増殖マーカーである抗Ki67タンパク質抗体を用いる組織化学免疫染色を使用して増殖細胞の観察を蛍光顕微鏡を用いて実施した(図10)。
(4) Observation of cells in the proliferative phase Histochemical immunostaining using anti-Ki67 protein antibody, which is a cell proliferation marker, for a sample of vascular tissue subjected to the above-mentioned 20 Pa constant pressure and steady flow for 3 days and subjected to physical stress The observation of proliferating cells was performed using a fluorescence microscope (FIG. 10).

(A)はHoechst33343染色、(B)はKi67染色、(C)はHoechst33342とKi67とを重ねた蛍光顕微鏡像である。観察領域は、衝突域から非衝突域にかけての境界域である。境界域においてKi67陽性細胞を観察した(B)。Ki67陽性細胞は、内皮細胞と平滑筋細胞であった。これらの結果より、血管組織の増殖性変化を疾患モデルにおいて再現することができた。   (A) is a Hoechst33343 stain, (B) is a Ki67 stain, and (C) is a fluorescence microscope image of Hoechst33342 and Ki67 superimposed. The observation region is a boundary region from the collision region to the non-collision region. Ki67-positive cells were observed in the border zone (B). Ki67-positive cells were endothelial cells and smooth muscle cells. From these results, the proliferative change of the vascular tissue could be reproduced in the disease model.

衝突域では内皮細胞が剥離し、境界域より内皮細胞が出現した。また、Ki67陽性平滑筋細胞は内膜近傍に集中していることを認めた。これらの観察より、内皮細胞増殖と平滑筋細胞増殖が相互作用しながら細胞増殖期にいることが理解された。   Endothelial cells detached in the collision area, and endothelial cells appeared from the boundary area. Also, Ki67-positive smooth muscle cells were found to be concentrated near the intima. From these observations, it was understood that endothelial cell proliferation and smooth muscle cell proliferation were in the cell proliferation phase while interacting.

小活
以上の衝突流に対する衝突域、非衝突域及びその中間に位置する周辺域に別の観察部位に関連させた退行性変化と増殖性変化との観察結果を図11にまとめた。本発明の方法と装置によって、血流の衝突による物理的ストレスを利用し、指定した場所において、血管組織の退行性変化と増殖性変化の二種類を再現できる疾患モデルを提供できる。
Small activity Fig. 11 summarizes the observation results of the degenerative change and the proliferative change associated with different observation sites in the collision area, the non-collision area, and the peripheral area located in the middle of the collision flow. The method and apparatus of the present invention can provide a disease model that can reproduce two types of degenerative changes and proliferative changes in vascular tissue at a specified location by utilizing physical stress due to collision of blood flow.

図11の上図は、衝突流によってもたらされる圧力と壁面せん断応力の各強度を表す。圧力は、衝突中心でもっとも強い一方、せん断応力は、衝突中心の周辺部でもっとも強くなることが知られている。   The upper diagram of FIG. 11 shows the intensity of pressure and wall shear stress caused by the impinging flow. It is known that the pressure is strongest at the collision center, while the shear stress is strongest around the collision center.

図11の下図は、上記実験で認めた病理像をまとめた概略図である。衝突域では、衝突流によって、内皮細胞の剥離、血管平滑筋細胞のアポトーシス、内弾性板の崩壊及び中膜の菲薄化が惹起される。非衝突域は、衝突流によって変化を惹起しない領域を表す。衝突域と非衝突域の間に位置し、強いせん断応力が作用する境界域では、内皮細胞と平滑筋細胞が刺激され増殖することにより肥厚化が惹起される。これらの衝突流によってもたらされる病態生理は、脳動脈瘤をはじめとした血管病の患者で認められる病理像に近似する。   The lower diagram of FIG. 11 is a schematic diagram summarizing the pathological images observed in the above experiment. In the collision zone, the collision flow causes detachment of endothelial cells, apoptosis of vascular smooth muscle cells, collapse of the internal elastic lamina, and thinning of the media. The non-collision zone represents a region where no change is caused by the collision flow. In a boundary region between the collision region and the non-collision region where strong shear stress acts, the endothelial cells and smooth muscle cells are stimulated to proliferate, thereby causing thickening. The pathophysiology brought about by these impinging flows approximates the pathological features seen in patients with vascular disease, including cerebral aneurysms.

総括
本発明により、衝突流で物理的ストレスをex vivoで血管組織に作用させることにより、血管病が発生する過程における血管組織の退行性変化と増殖性変化の2種類を再現することができた。この異なる二種類の血管応答は、これらの変化の種類や比率に応じて異なる形態学的変化をもたらすと考えられる。例えば、患者において、動脈瘤は、血管の退行性変化により血管壁が菲薄化し、形態学的に外周側に突出するように病態が進行する。動脈硬化では、血管の増殖性変化により血管壁が肥厚化し、形態学的に内周側に突出するように病態が進行する。すなわち、本発明で血管組織に定圧・定常流を衝突させることにより観察された臨床に近似した病理像は、ex vivo系において、短時間で簡便に、血管病を発生し、進展させる因子を体外で再現できたことを示している。
Summary According to the present invention, it was possible to reproduce two types of degenerative change and proliferative change of vascular tissue in the process of developing vascular disease by applying physical stress to vascular tissue ex vivo in a collision flow. . The two different types of vascular responses are likely to produce different morphological changes depending on the type and rate of these changes. For example, in a patient, the pathology of an aneurysm progresses so that the blood vessel wall becomes thinner due to degenerative changes in the blood vessel and projects morphologically outward. In arteriosclerosis, the disease state progresses such that the blood vessel wall is thickened due to the proliferative change of the blood vessel and morphologically protrudes inward. In other words, a pathological image similar to a clinical one observed by colliding a vascular tissue with a constant pressure / steady flow in the present invention is a simple and short-term, ex vivo system for generating and developing vascular diseases in vitro. Indicates that it could be reproduced.

さらに、本発明により、血管病の発生及び進展の病理メカニズムを解明できるのみならず、血管病の発生、進展及び破綻を抑制するための薬剤の開発に応用できる。薬剤効果を検証することを含む血管病の予防又は治療のためのスクリーニング方法のプラットフォームとしての活用できる。さらに、物理的ストレスにより、退行性変化及び増殖性変化を再現することにより、物理的ストレスの大小、それに応じた、血管病の種類・段階を考慮に入れた創薬という新たな概念をもたらすことができる。血管病の発症重症化のプロセスは、血流による物理的ストレスと関連している。しかしながら、これまでの薬剤効果検証手法の中心であったin vivoの動物実験では、物理的ストレスを能動的に制御できないという問題があった。すなわち、in vivoの動物実験環境での物理的ストレスとは、病態を再現しようとする人為的な操作に対して、生体が個体レベルで反応した結果であり、ストレスの内容や程度を変更することはできない問題がある。それに対し、本発明は、物理的ストレスを可変制御できる環境の下、ストレスの種類・程度・比率を調整できる環境において薬剤効果検証を実施できるという利点を有するものである。   Further, the present invention can be applied not only to elucidating the pathological mechanism of the occurrence and progress of vascular disease, but also to the development of a drug for suppressing the occurrence, progress and breakdown of vascular disease. It can be used as a platform for a screening method for prevention or treatment of vascular diseases, including verification of drug effects. In addition, by reproducing the degenerative and proliferative changes by physical stress, a new concept of drug discovery that takes into account the magnitude and magnitude of physical stress and the type and stage of vascular disease in accordance with it. Can be. The process of escalation of vascular disease is associated with physical stress due to blood flow. However, in vivo animal experiments, which have been the main focus of drug efficacy verification methods, there is a problem that physical stress cannot be actively controlled. In other words, physical stress in an in vivo animal experiment environment is the result of the organism reacting at the individual level to an artificial operation to reproduce the disease state, and changing the content and degree of the stress. There is a problem that can not be. On the other hand, the present invention has an advantage that drug effect verification can be performed in an environment in which the type, degree, and ratio of stress can be adjusted under an environment in which physical stress can be variably controlled.

Claims (12)

血管病の病態生理のex vivoでの解析方法であって、
培養液中に配置した摘出血管の切開した血管組織の内皮細胞側表面に一定期間、物理的ストレスを負荷する工程、
前記摘出血管の物理的ストレス負荷部位又はその周辺部位の病理学的変化を観測する工程、
前記病理学的変化を解析する工程、
を含むことを特徴とする、解析方法。
An ex vivo method for analyzing the pathophysiology of vascular disease,
A step of applying physical stress to the endothelial cell side surface of the cut vascular tissue of the isolated blood vessel placed in the culture solution for a certain period of time,
Observing a pathological change in the site of physical stress loading of the isolated blood vessel or its surrounding area,
Analyzing the pathological changes,
An analysis method, comprising:
前記物理的ストレスを負荷する工程が、前記培養液の定常流の血管組織への衝突を含むことを特徴とする、請求項1に記載の解析方法。   The analysis method according to claim 1, wherein the step of applying the physical stress includes collision of a steady flow of the culture solution with vascular tissue. 前記病理学的変化が、形態学的変化、生化学的変化又は遺伝子発現の変化から選択されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の解析方法。   The analysis method according to claim 1, wherein the pathological change is selected from a morphological change, a biochemical change, or a change in gene expression. 前記病理学的変化が、内皮細胞の剥離、中膜の菲薄化若しくは肥厚化、内弾性板の崩壊、血管平滑筋細胞の形状変化、増殖性変化若しくはアポトーシスの有無の観測であることを特徴とする、請求項3に記載の解析方法。   The pathological change is characterized by endothelial cell detachment, thinning or thickening of the media, collapse of the internal elastic plate, shape change of vascular smooth muscle cells, proliferative change or observation of the presence or absence of apoptosis. The analysis method according to claim 3, wherein the analysis is performed. 前記観測が、血管壁厚の測定、又は、血管平滑筋細胞の増殖性変化若しくはアポトーシスの有無から選択される性状に分類した細胞数の計測であることを特徴とする、請求項4に記載の解析方法。   The observation according to claim 4, wherein the observation is a measurement of a blood vessel wall thickness or a measurement of the number of cells classified into properties selected from the presence or absence of proliferative change or apoptosis of vascular smooth muscle cells. analysis method. 前記血管病が、血行力学的要因を病因とする疾患であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の解析方法。   The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the vascular disease is a disease caused by a hemodynamic factor. 前記血行力学的要因を病因とする疾患が、脳動脈瘤、大動脈瘤、頸動脈瘤、動脈硬化症又は高血圧症から選択されることを特徴とする、請求項6に記載の解析方法。   The analysis method according to claim 6, wherein the disease caused by the hemodynamic factor is selected from cerebral aneurysm, aortic aneurysm, carotid aneurysm, arteriosclerosis, or hypertension. 血管病に対するex vivoの疾患モデルの作製方法であって、
培養液中に配置した摘出血管の切開した内腔側血管壁面に一定期間、物理的ストレスを負荷する工程、
を含むことを特徴とする作製方法。
A method for preparing an ex vivo disease model for vascular disease,
A step of applying physical stress to the incised luminal vessel wall of the isolated blood vessel placed in the culture solution for a certain period of time,
A production method comprising:
血管病に対するex vivoの疾患モデルであって、
培養液中に配置した摘出血管の切開した内腔側血管壁面に一定期間、物理的ストレスを負荷する工程を含む作製方法によって作製され、
血管内皮細胞が剥離した血管組織、菲薄化若しくは肥厚化した中膜、崩壊した内弾性板、増殖性変化若しくはアポトーシスを惹起した血管平滑筋細胞の少なくとも1つを含むことを特徴とする、疾患モデル。
An ex vivo disease model for vascular disease,
Produced by a production method including a step of applying a physical stress to the incised luminal vessel wall surface of the isolated blood vessel placed in the culture solution for a certain period of time,
A disease model characterized by containing at least one of vascular tissue from which vascular endothelial cells have been detached, a thinned or thickened media, a collapsed internal elastic plate, and vascular smooth muscle cells that have induced a proliferative change or apoptosis. .
血管病の予防又は治療のための薬剤のスクリーニング方法であって、
被験化合物を含有する培養液中に配置した摘出血管の切開した内腔側血管壁面に一定期間、物理的ストレスを負荷する工程、
前記摘出血管の物理的ストレス負荷部位又はその周辺部位の病理学的変化を観測する工程、
前記病理学的変化を解析し、評価する工程
を含むことを特徴とする、スクリーニング方法。
A method for screening a drug for prevention or treatment of vascular disease,
A step of applying a physical stress to the incised luminal vessel wall of the isolated blood vessel placed in the culture solution containing the test compound for a certain period of time,
Observing a pathological change in the site of physical stress loading of the isolated blood vessel or its surrounding area,
A screening method, comprising a step of analyzing and evaluating the pathological change.
前記物理的ストレスを負荷する工程が、前記培養液の定常流の衝突を含むことを特徴とする、請求項10に記載のスクリーニング方法。   11. The screening method according to claim 10, wherein the step of applying the physical stress includes collision of a steady flow of the culture solution. 血管病のex vivoの疾患モデルの製造装置であって、
血管組織を培養する組織培養部、定常流発生部、血管組織への定常流による衝突圧調整用ノズル部とを備えることを特徴とする、製造装置。
An apparatus for producing an ex vivo disease model of vascular disease,
A manufacturing apparatus comprising: a tissue culture unit for culturing a vascular tissue; a steady flow generating unit; and a nozzle unit for adjusting a collision pressure by a steady flow to the vascular tissue.
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