オープンフローマイクロ灌流

オープンフローマイクロパーフュージョン（OFM）は、臨床および前臨床の医薬品開発研究やバイオマーカー研究のためのサンプリング方法です。OFMは、さまざまな組織の間質液（ISF）から分析対象物を連続的にサンプリングするために設計されています。マクロ的な開口部を備えた小型で低侵襲性の膜フリープローブを挿入することで、ISFに直接アクセスできます。^[1]したがって、分析対象の分子サイズ、タンパク質結合特性、または親油性に関係なく、ISFの生化学情報全体にアクセスできるようになります。^[要出典]

OFMは親油性および親水性化合物、^[2]タンパク質結合および非結合薬物、^{[3] [4]} 神経伝達物質、ペプチドおよびタンパク質、抗体、^{[5] [6] [7]} ナノ粒子およびナノキャリア、酵素および小胞をサンプリングすることができます。

OFM プローブは、周囲の組織の ISF と平衡になる生理学的溶液 (灌流液) で灌流されます。動作流量は 0.1 ～ 10 μL/分です。OFM では、プローブのオープン交換領域を横切るオープン構造を介して、化合物の無制限の交換が可能です。プローブの灌流液と周囲の ISF 間の化合物の交換は、対流と拡散によって行われ、どちらの方向にも非選択的に発生します (図 1)。

プローブの灌流液と周囲の液体との間の直接的な液体経路により、ISFサンプルが収集されます。これらのサンプルは頻繁に収集され、その後バイオ分析にかけられ、サンプリング期間全体にわたって時間分解能で物質濃度をモニタリングすることができます。^{[8] [9]}

同心 OFM プローブ (図 2) も同じ原理で動作します。灌流液は内側の細い内腔を通って OFM プローブの先端に送り込まれ、開放交換領域を越えて排出されます。そこで灌流液は ISF に存在する外因性物質と混合され、外側の太い内腔を通って排出されます。^{[引用が必要]}

マイクロダイアリシスの代替として使用される最初のOFMサンプリングプローブは、1987年にFalko Skrabalによって提出されたオーストリアの特許出願に記載されており、OFMは生体組織に埋め込むことができる装置として説明されていました。^[10] 1992年には、生体組織の少なくとも1つの医学的変数を決定するための装置を主張する米国特許が提出されました。^{[11] Helmut Masoner、Falko Skrabal、} Helmut Listによるその後の特許では、肉眼で見える円形の穴がある直線型のサンプリングプローブも開示されました。^[12]皮膚および脂肪組織に適用するための代替および現在のOFMバージョンは、Joanneum Researchによって開発され、Manfred Bodenlenzらによって特許を取得しました。^{[13] [14]}吸収の少ない代替材料を使用することで、直径0.55 mm、交換領域の長さ15 mmのプローブの製造が可能になりました。脳への応用では、特殊なOFMプローブがBirngruberらによって特許取得されました。^[15]さらに、流量範囲が0.1～10μL/分のポータブル蠕動ポンプを使用してISFの流体処理を管理し、ポンプ1台あたり最大3つのプローブを操作できるようにする特許も申請されました。^[16]

現在、2 種類の OFM プローブが利用可能です。皮膚 (真皮 OFM、dOFM) や皮下脂肪組織 (脂肪 OFM、aOFM) などの表層組織に埋め込むための線形 OFM プローブと、脳のさまざまな領域に埋め込むための同心円プローブ(脳 OFM、cOFM) です。^{[引用が必要]}

OFMは、前臨床（マウス、ラット、ブタ、霊長類など）での医薬品研究やヒトでの臨床試験で日常的に使用されています（図3）。プローブの挿入や多数のプローブを使用した長時間のサンプリングなどのOFM関連の手順は、被験者によく耐えられます。^[1]

dOFM（図4）は、局所、外用、全身投与後の真皮における薬物の輸送と真皮への浸透を調べることを可能にし、dOFMは米国食品医薬品局によって局所薬物の生物学的同等性を評価するための新しい方法として言及されています。^{[17] [18] [19]}

dOFM は次の目的で使用されます:

• 薬物の組織特異的薬物動態（PK）および薬力学（PD）研究を実施する。 ^[20]
• 新しい局所用薬剤処方の直接比較を実施する
• 皮膚バイオアベイラビリティを評価する。^{[9] [1]}
• 抗体などの高分子化合物を調査する^[5]

OFMとの直接比較設定は、市場の承認を得るために参照リストに記載されている医薬品との生物学的同等性^[9]を実証する必要がある局所ジェネリック製品の評価に特に有用であることが証明されています。

dOFM の用途には、組織切片を用いたex vivo研究や、前臨床および臨床のin vivo研究が含まれます。

aOFM（図4）は、皮下脂肪組織におけるグルコースや乳酸などの代謝過程を連続的にオンラインでモニタリングすることを可能にする^{[21] [22] [23]} 。また、インスリン（5.9 kDa）などのより大きな分析物もモニタリングすることができる。 ^{[24] [23]}代謝シグナル伝達におけるポリペプチドの役割（レプチン、サイトカインIL-6、TNFα）もaOFMで研究されている。^[25] aOFMは脂肪組織中のタンパク質（例：アルブミンサイズ：68 kDa）の定量化を可能にする^[4]。これにより、長期にわたる遅延したインスリン作用のために設計された高タンパク質結合インスリン類似体など、タンパク質結合薬を末梢標的組織で直接調査する可能性が開かれる。^{[26]ごく最近では、aOFMは}肥満、脂質代謝、免疫炎症を研究するためのアゴニストのサンプリングに使用されている。 aOFM の応用には、組織切片を用いたex vivo研究や前臨床および臨床のin vivo研究が含まれます。^{[引用が必要]}

cOFM（図5）は、動物の脳におけるPK/PD前臨床研究を行うために使用されます。脳へのアクセスには、血液脳関門機能のモニタリングと、損傷のない血液脳関門を介した薬物輸送が含まれます。^[27] cOFMを使用すると、血液脳関門の背後を観察し、標的の脳組織における神経活性物質の濃度と効果を直接評価できます。 ^[28]

血液脳関門は、脳を保護し、血液と脳の間の栄養素、代謝産物、化学伝達物質の交換を制限する天然のシールドです。血液脳関門は、潜在的に有害な物質が脳に入り込んで損傷するのを防ぎます。しかし、この非常に効果的なバリアは、神経活性物質が適切なターゲットに到達するのも防ぎます。したがって、神経活性薬を開発する研究者にとって、活性医薬成分が血液脳関門を通過できるかどうか、またどの程度通過できるかを知ることは大きな関心事です。実験では、ラットの脳にcOFMプローブを移植してから15日後には、血液脳関門が完全に回復していることが示されています。^{[29] cOFMプローブは、移植後に血液脳関門が再び開いたり、脳にさらなる}外傷を引き起こしたりしないように特別に設計されています。cOFMを使用すると、血液脳関門のcOFMが損傷していない状態で脳ISFを連続的にサンプリングできるため、脳組織でのPKモニタリングが継続的に行えます。^[要出典]

ISF 化合物は、OFM と追加のキャリブレーション技術を使用して単に希釈した ISF サンプルから間接的に定量することも、追加の OFM 方法で収集できる希釈されていない ISF サンプルから直接定量することもできます。希釈された ISF サンプルからの化合物の定量には、ゼロフローレート^[30] 、 No Net Flux ^[31]、またはイオンリファレンス^[32]などのキャリブレーション方法を追加で適用する必要があります。Schaupp ら^{[3]は、脂肪 ISF サンプル中の}カリウム、ナトリウム、グルコースを定量するために、dOFM とゼロフローレートを組み合わせて使用​​しました。No Net Flux は、皮下脂肪、筋肉、真皮 ISF の OFM 研究でいくつかの分析対象物を定量するために適用され、脂肪 ISF 中の絶対乳酸濃度^[33]と絶対グルコース濃度^[3] 、筋肉 ISF 中の絶対アルブミン濃度^[4]、脂肪と筋肉 ISF 中の絶対インスリン濃度が正常に決定されました。^[34] Dragatin ら^[5]は、 No Net FluxをdOFMと組み合わせて使用​​して、完全ヒト治療用抗体の絶対ISF濃度を評価しました。Ionic ReferenceはOFMと組み合わせて、脂肪ISF中の絶対グルコース濃度^[3]と絶対乳酸濃度を評価するために使用されています。^[33]真皮OFMは、イヌリンを外因性マーカーとしてISF中のヒトインスリンとインスリンアナログの濃度を定量化するためにも使用されています。^{[引用が必要]}

OFM 再循環や OFM 吸引などの追加の OFM 法では、希釈されていない ISF サンプルを収集することができ、そこから化合物の直接的かつ絶対的な定量が可能です。^[35]希釈されていない ISF サンプルを収集するための OFM 再循環では、灌流液と ISF の平衡濃度が確立されるまで、灌流液を閉ループで再循環させます。アルブミンを分析対象物として使用すると、20 回の再循環サイクルで平衡 ISF 濃度に達するのに十分でした。OFM 吸引は、組織から OFM プローブに ISF を引き込むために、弱い真空を適用することによって行われます。^{[引用が必要]}

• ジョアンヌム研究 - 健康 - 生物医学および健康科学研究所