Development of an In Vitro Assessment Method for Chemotherapy-Induced Peripheral Neuropathy (CIPN) by Integrating a Microphysiological System (MPS) with Morphological Deep Learning of Soma and Axonal Images
 

Kazuki Matsuda¹, Xiaobo Han¹, Naoki Matsuda¹, Makoto Yamanaka² and Ikuro Suzuki¹*

¹Tohoku Institute of Technology (Japan)
²Ushio Inc. (Japan)
 

抗がん剤治療で使用されるいくつかの抗がん剤は、化学療法誘発性末梢神経障害（CIPN）を引き起こし、投与量の減少による治療効果の低下や治療中止の原因となる。そのため、CIPNを予測するためのin vitro評価方法や薬剤候補化合物の作用機序を求める需要がある。本研究では、神経MPS（マイクロ生理学的システム、MPS）とそこから得られた顕微鏡観察像のAI画像解析を用いた抗がん剤の毒性評価、および細胞体と軸索への毒性を分離して評価する作用機序予測を開発した。ラットDRGニューロンを神経MPSで培養し、細胞体と軸索領域の画像を用いてAIモデル（細胞体、軸索）を構築した。CIPNを引き起こす代表的な抗がん剤を暴露した結果より、細胞体領域ではパクリタキセルとオキサリプラチンにて有意な細胞体障害を、軸索領域ではパクリタキセルとビンクリスチンにおいて有意な軸索障害を検出した。またそれらの結果は既存の評価方法と比較しても優位性を持つことを示した。以上より、神経チップとAI画像解析を組み合わせることで、CIPNを引き起こす候補化合物の末梢神経毒性や作用機序を低濃度から検出し、新薬の安全性を推測するための効果的な評価方法を提供することが期待できる。

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