InPulse

背景

在非临床和临床环境中，心血管(CV)安全责任是药物损耗最常见的原因之一。这些负债以多种方式表现出来，包括CV功能的结构性损伤和紊乱。收缩力的改变可导致临床心衰甚至死亡。重要的药物类别，如抗肿瘤酪氨酸激酶抑制剂，目前正面临着特殊的安全挑战的影响。

iPS细胞衍生的心肌细胞(iPSC-CMs)在心血管研究中已显示出替代动物使用的早期前景，许多制药公司和学术研究人员正在开发检测平台，以在开发早期(即“动物前”)识别潜在的电生理和结构缺陷。从科学和3Rs的角度来看，类似的收缩性评估能力将非常有用。

历史上，在临床前研究中，严重依赖高侵入性、技术要求高、外科仪器遥测动物模型，提供了收缩力的间接测量体内。最近，影像学(如超声心动图)已被用作临床前和临床的调查和机械工具，但它的吞吐量低和劳动密集型。唯一的体外/体外现有的模型包括动物全心灌注模型和动物和人类分离的心肌细胞模型。目前没有经过验证/合格的人类衍生品在体外在不同的生理负荷水平下，评估药物引起的收缩性变化的系统。

研究心脏收缩能力变化的能力在体外可以对hERG和非hERG依赖性的长QT综合征的潜在原因进行调查。这将能够更准确地预测临床前和临床环境下潜在的药物诱导心脏毒性;从而有助于减少人员流失。对心脏收缩力变化的机制理解在体外模型也与药物发现过程中早期的疗效研究相关。

人类iPS细胞技术和材料科学的快速发展为开发一种动态的、与人类相关的检测系统提供了机会，以筛选和表征心脏收缩能力障碍的新型候选药物。近年来的研究表明，心肌细胞的细胞外基质、形态和定位对心肌细胞的收缩力和钙信号传导非常重要，在监测收缩张力的基质方面也取得了显著进展。然而，有一个健壮的需要在体外该模型反映了具有成熟细胞表型的心脏组织的三维结构。

3 rs的好处

• 在临床试验之前，开发候选药物对心脏收缩能力的评估完全依赖于对动物的使用。一项典型的研究使用12到24只狗。
• 一个生理相关的3D在体外模型将取代在这些研究中使用动物，并减少评估任何药物诱导效应作用机制所需的动物数量。
• 一个在体外负荷可以调整的系统，以模拟疾病组织的病理生理学也可以用于减少动物使用在疗效研究。一项典型的疗效研究使用了大约24只老鼠。
• 一旦确认,在体外该平台可用于筛选化合物，并提供更早的进行/不进行的决定，从而减少用于测试化合物的动物数量，这些化合物最终会在开发中失败。

第一阶段的赢家

项目团队由:

• 诺丁汉大学克里斯·丹宁教授，10万英镑。
• Cesare Terraciano教授，伦敦帝国理工学院，99,958英镑。
• Wolfram Zimmerman教授，大学医学中心Göttingen, 10万英镑。

第二阶段的赢家

项目团队负责人:

• 克里斯·丹宁教授，诺丁汉大学,£999915。

充满挑战的信息

通过InPulse挑战赛，该团队开发了一套测试方法，利用hiPSC心肌细胞(CMs)来评估药物的心脏功能。

研究小组比较了hiPSC-CMs的不同细胞系，包括来自Ncardia，结合不同的平台技术，每一项都通过主办方提供的同一组化合物进行测试，以建立以收缩力为重点的药物对心脏毒性影响评估的最佳配置。

选择了两种hiPSC-CMs配置来提供一个全面的最终检测集:一个2D单分子层细胞平台提供高通量读取和一个3D工程心脏组织系统(过去的技术)这种方法的吞吐量较低，但可以更好地复制心脏微环境，从而产生更高水平的细胞成熟度，并提供更详细的机制研究(图1)。

图1。来自EHT技术的工程心脏组织。

利用hiPSC-CMs的二维单分子层，利用两种技术平台提供检测读数:

• 的三重瞬态测量系统(TTM))由莱顿大学开发，可以持续测量收缩力，Ca^{2 +}在重复的3毫秒窗口内处理和电生理(图2)。

图2。莱顿大学开发的TTM系统

• CellOPTIQ系统由克莱德生物科学可以测量收缩力的仪器^{2 +}处理和电生理来自同一区域的井。

评估药物对hiPSC-CMs eht收缩的影响是通过计算两个硅柱的偏转程度的绝对力来完成的，而钙处理是使用慢病毒基因编码钙指示剂报道的。

该团队还开发了MUSCLEMOTION-一个通用的开放式软件工具，量化心肌细胞和心肌收缩在体外而且在活的有机体内．这个单一的软件平台可以用于量化收缩性:

• 单个成年兔心肌细胞。
• hiPSC-CM作为单细胞、单分子层、心脏球和eht，无论是否有药物或疾病挑战。
• 在活的有机体内健康或患病的斑马鱼心脏。
• 来自健康或心功能缺陷患者的人体核磁共振扫描。

InPulse挑战赛使得hiPSC-CM模型在心血管安全测试中得到了更大的验证，并产生了丰富的知识和数据，为评估收缩力的心肌细胞平台的最佳选择提供了信息。

如需进一步信息，请联系教授克里斯•丹宁在第一种情况下。