מדידות בזמן אמת של פרמטרים של סידן והתכווצות בקרדיומיוציטים פלוריפוטנטיים המושרים על ידי תאי גזע המושרים על ידי בני אדם
26 במאי 2023
כאן, מתוארת שיטה מבוססת לביצוע מדידות התכווצות וסידן בקרדיומיוציטים שמקורם בתאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים על ידי בני אדם באמצעות פלטפורמה מבוססת אופטיקה. פלטפורמה זו מאפשרת לחוקרים לחקור את השפעת המוטציות ואת התגובה לגירויים שונים באופן מהיר וניתן לשחזור.
קרדיומיוציטים פלוריפוטנטיים המושרים על ידי תאי גזע אנושיים מייצגים כלי רב עוצמה לחקר שינויים בתיווך מוטציות בתפקוד קרדיומיוציטים והגדרת ההשפעות של גורמי לחץ והתערבויות תרופתיות. יש צורך בפלטפורמה שבה ניתן יהיה למדוד התכווצות וטיפול בסידן של קרדיומיוציטים שמקורם בתאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים על ידי בני אדם באופן ידידותי למשתמש וניתן לשחזור. שיטה זו מאפשרת לחוקרים לחקור את ההתכווצות של קרדיומיוציטים פלוריפוטנטיים שמקורם בתאי גזע הנגרמים על ידי בני אדם על ידי מתאם פיקסלים ומדידת מעברי סידן תוך תאיים בו זמנית על ידי העמסת התאים עם פלואורופור רגיש לסידן.
באמצעות פלטפורמה זו, ניתן לבצע מדידות מותאמות בסביבת טמפרטורה שמורה היטב ובפורמטים שונים של לוחות, ולגשת לנתונים באופן מיידי. שיטה זו מאפשרת לחקור פתומנגנונים תאיים ומעריכה את ההשפעה של תרכובות ואת הפונקציונליות של קרדיומיוציטים אנושיים שמקורם ב- iPSC, שיכולים לסייע בתהליך סינון התרופות הפרה-קליני.
סקירה כללית
מחקר זה מציג שיטה ידידותית למשתמש למדידת כושר התכווצות וטיפול בסידן של תאי שריר לב (cardiomyocytes) המופקים מתאי גזע פלוריפוטנטיים מושריים של בני אדם (hiPSC-CMs). גישה זו מאפשרת לחוקרים להעריך במהירות את ההשפעות של מוטציות גנטיות והתערבויות פרמקולוגיות, ובכך מדגימה את התועלת שלה בסריקת תרופות ובהבנת מנגנונים תאיים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מחקר
- תפקוד קרדיומיוציטים
- התערבויות תרופתיות
- פתופיזיולוגיה תאית
רקע
- תאי hiPSC-CMs בעלי ערך רב לחקר מחלות לב.
- הבנת הדינמיקה של התכווצות וסידן היא קריטית לאפיון תפקוד התאיים השריריים של הלב (cardiomyocytes).
- פלטפורמת מדידה ניתנת לשחזור היא הכרחית לביצוע ניסויים יעילים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- מערכת מדידה מבוססת אופטיקה למדידות כיווץ וסידן
- תאי שריר לב (cardiomyocytes) המופקים מתאי גזע פלוריפוטנטיים מושריים אנושיים
- טכניקות של קורלציית פיקסלים ואנליזת cytosolver
תוצאות עיקריות
- השיטה תפסה בהצלחה התכווצויות והרפאות מסונכרנות יחד עם תנודות של סידן.
- יישום של iso, אגוניסט לקולטן בטא-אדרנרגי, העלה את תדירות הפעימות ושיפר את הקינטיקה של ההתכווצות.
- הנתונים נותחו ביעילות באמצעות תוכנת Cytosolver.
מסקנות
- שיטה זו משפרת את היכולת לחקור את תפקוד הלב ברמה התאית.
- היא תומכת בפיתוח של אסטרטגיות טיפוליות באמצעות סריקת תרופות פרה-קלינית.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
מדידה בזמן אמת של כושר התכווצות ודינמיקת סידן בתאי שריר לב (cardiomyocytes) המופקים מ-hiPSC מענה לצורך קריטי במודלים לבביים חיזויים הרלוונטיים לבני אדם בשלבים מוקדמים של גילוי תרופות. פלטפורמה זו מאפשרת הערכה כמותית ומהירה של השפעות מוטציות ותגובות לתרכובות, ובכך תומכת בהסרה של סיכונים מנגנוניים ובהמשכיות תרגומית (translational continuity). גישה זו משפרת את קבלת ההחלטות בנוגע לתיק הפיתוח (portfolio) על ידי אספקת נתונים הניתנים לשחזור ובקנה מידה רחב להערכת בטיחות ויעילות לבבית בשלב הפרה-קליני.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בחינה של היפותזות תפקודיות של הלב באמצעות מודלים של תאים הרלוונטיים לבני אדם.
- תומך בהפחתת סיכונים מנגנונית על ידי כימות שינויים בכיווצות ובטיפול בסידן.
- מסייע בתיקוף תפקודי של מטרות למחלות לב ומסלולי בטיחות.
- מספק ביטחון ניבוי לצורך תעדוף של מטרות לב בשלבים מוקדמים.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מספק בדיקות התכווצות וסידן סטנדרטיות הניתנות לשחזור לצורך הערכת תרכובות.
- תומך ביכולת הרחבה של הבדיקה במגוון פורמטים של פלטות ותנאים ניסיוניים.
- מייצר פלטים כמותיים להשוואה איתנה בין מצבי הבסיס למצבים לאחר התערבות.
- מאפשר סריקה מהירה של הפרעות פרמקולוגיות וגנטיות ב-hiPSC-CMs.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מסנכרן מדדים תפקודיים של לב במערכת in vitro עם נקודות קצה של בטיחות ויעילות בקלינית.
- מספק רציפות משלב הגילוי ועד לתיקוף פרה-קליני באמצעות מערכות ממקור אנושי.
- תומך בהחלטות קידום מבוססות ניהול סיכונים על ידי כימות השפעות לבביות מושראות על ידי תרופות.
- מסייע בפיתוח ביומארקרים תרגומיים עבור כיווצות לבבית וניהול סידן.
שילוב תהליכי עבודה וצינורות עיבוד
מערכת מדידה זו, המבוססת על אופטיקה, משתלבת ברצף שבין השלב הגילוי לשלב הפרה-קליני, ומאפשרת סריקה תפקודית מוקדמת, מחקרים מכניסטיים ותיקוף תרגומי במחקר קרדיאלי.
- ביולוגיה של גילוי: מדידה כמותית של כיווץ ומעברי סידן לבדיקת השערות קרדיולוגיות והבהרת מנגנוני מחלה.
- סריקה: אספקת תוצאים הניתנים לשחזור ומוכנים לבדיקה לצורך הערכת תרכובות וגורמי עקה בתאי hiPSC-CMs.
- אנליטיקה: אספקת מדידות כמותיות בזמן אמת ותוצאים סטטיסטיים להשוואה בין תנאים שונים.
- מחקר טרנסלציונלי: גישור בין ממצאים in vitro לנקודות קצה פרה-קליניות באמצעות מודלים קרדיולוגיים רלוונטיים לבני אדם.
- שימוש חוזר ארגוני: פלטפורמה ניתנת להרחבה ולשימוש חוזר למחקרי בטיחות ויעילות קרדיולוגיים שוטפים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החיזוי ומפחית עמימות מכניסטית בתיקוף מטרות לבביות.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה של בדיקות התכווצות וסידן לצורך הדירות ויכולת הרחבה.
- ערך אסטרטגי: משפר החלטות go/no-go ויעילות הון על ידי מתן אפשרות להערכת סיכונים לבבית מוקדמת.
- השפעה על פורטפוליו: תומך בתיעדוף מותאם-סיכון ובקידום של נכסים לבביים.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות בגידול hiPSC-CM ובהקמת בדיקות תפקודיות.
- נדרש מיכשור מדידה מבוסס אופטיקה ותוכנה אנליטית תואמת.
- נדרשת סטנדרטיזציה בין-צוותית של פרוטוקולי הבדיקה ותהליכי ניתוח הנתונים.
- ניתן להתאימה לפורמטים שונים של פלטות ולמבני ניסוי שונים לצורך תכנון גמיש של המחקר.
- תלויה בבקרה אמינה של הטמפרטורה והסביבה לצורך עקביות הבדיקה.
