痛み

DRGニューロンは、化学物質、有害な熱や冷感、炎症によるpHの変化などの刺激に対して、異なる感受性を示します。これらの感受性は、イオンチャネル型受容体であるTRP チャネルに大きく影響されており、特に重要とされるのはTRPV1チャンネルです。TRPV1チャンネルは、有害な熱やpHに対する主要な受容体であり、高体温症や炎症性疼痛に関与しています。

唐辛子の活性成分であるカプサイシンは、ヒトにとっては化学的刺激物であり、接触した組織に灼熱感をもたらします。カプサイシンは、TRPV1受容体のアゴニストであり、DRGニューロンを活性化させます。本事例では、MEAプレート上にDRG 神経細胞 (1 x 10⁴ cells/well) を培養し、培養開始から７日目に、Axion MEA システムにて電気的な活動を測定しました。平均発火率 (Mean Firing Rate, MFR) の変化により、カプサイシン (100 nM) の影響が評価されました。

A) 左図は１電極よりられた生電位データ、右図は検出されたスパイク波形を示す（グレ-は全波形、黒は平均波形) 。B) カプサイシン投与前後の Well 内 発火率（N=6 well、平均を黒、標準誤差をグレーで示す)。カプサイシン投与により、自発発火率は一時的に大きく上昇した (Transient) 後に減少し、投与前より高い状態で１０分程持続した (Persistent)。 C)カプサイシン投与前、投与後 (Persistent) 各フェーズの発火率（３分間の平均)。投与後の発火率上昇が示された（N=6、p=0.313、Wilcoxon Signed Rank Test、エラーバーは標準誤差を示す）。

Axion マルチウェル MEA システムと神経細胞解析モジュールの組み合わせで、ＤRG神経細胞における、カプサイシンによる発火頻度上昇を、簡単に検出・解析して頂けます。

カプサイシンによるDRGニューロンの活性は、in vitro モデルにおいて高い再現性が示されています。これにより、活性を阻害する疼痛治療化合物のスクリーニングアッセイが可能になります。

DRGニューロン (1 x 10⁴ cells/well)を、MEAプレート 内の異なる2well内で培養し、７分間のカプサイシン処理 (100 nM) を行い発火率を上昇させました。20分後、1 wellに、TRPV1競合阻害剤であるデヒドロアンドロステロン（DHEA）を10 ｍM 投与しました。DHEAを投与したDRGニューロンの発火率は、非投与well内のDRGと比較して有意に減少し、従来のパッチクランプ研究の結果と一致しました。DHEA曝露による発火減少の10分後に1mMのカプサイシンを添加したところ、その効果は逆転し、TRPV1受容体の感受性は持続されていることが示されました。

ヒストグラムは、well内の発火率（カプサイシン誘発活性を基準としてノーマライズ、bin size=60 sec) を示す。更に高濃度のカプサイシン(1μM)投与により、DHEA(濃グレー）による抑制効果は減少した。

Axion マイクロエレクトロードアレイシステムにより、カプサイシンによるDRGニューロンの活性化、及び疼痛化合物による抑制を、ハイスループット環境下で評価して頂けます。

TRPV1チャネルのコンフォメーションは、有害な熱により変化します。43℃を超える温度はTRPV1チャネルの活性化閾値を下げ、神経細胞の興奮性を増加させます。 Maestro MEAシステム は、装置内蔵のコントローラを使用してMEAプレートを直接加温するため、DRG神経細胞の熱に対する応答評価が容易です。本事例では、Offline Sorter (Plexon社製）を用いたスパイクソーティングと、Neural Metric Toolによる解析で、５個の DRG 神経細胞の熱反応が解析されました。

D) ５個の異なるDRG神経細胞のスパイクラスタープロット。測定中に温度を24℃から45℃に上昇させた。 E) 各温度における、Cell 3 (緑色）の平均発火率（ガウシアンカーブ、bin size = 60 sec、にて算出)。F) ノーマライズされた５細胞の発火率。各細胞ごとに異なる温度感受性を持つことが示された。

Maestro MEAシステムは、温度コントローラが内蔵されています。このため、環境温度の変更が容易で、DRG神経細胞の温度感受性の検出に有用です。

肢端紅痛症は、主に手足に現れる慢性疼痛症候群で、温度上昇に対する強い痛み反応で知られています。本研究では、その原因遺伝子であるNav1.7-S241変異を発現させたDRG 神経細胞をMEAプレート上に培養し、電気的な活動を測定しました。カルバマゼピン (CBZ) の投与により、温度上昇による発火頻度の上昇が抑制されました。また、同変異を持つ２人の患者にカルバマゼピンを投与したところ、プラセボと比較して痛みの持続時間が減少しました。 [Mis et al. 2018]

Maestro マイクロエレクトロードアレイ では、 マルチウェル MEA プレート の直接加温が可能です。本研究では、肢端紅痛症モデル神経細胞の発火頻度の温度上昇による変化と、薬剤による抑制が測定されました。