Affettare e coltivare i cuori di maiale in condizioni fisiologiche

Qinghui Ou; Riham  R.E. Abouleisa; Xian-Liang Tang; Hamzah  R. Juhardeen; Moustafa  H. Meki; Jessica  M. Miller; Guruprasad Giridharan; Ayman El-Baz; Roberto Bolli; Tamer  M.A. Mohamed

doi:10.3791/60913

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Articolo metodologico

Affettare e coltivare i cuori di maiale in condizioni fisiologiche

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DOI:

10.3791/60913

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20 marzo 2020

Qinghui Ou^*¹ , Riham R.E. Abouleisa^*¹ , Xian-Liang Tang¹ , Hamzah R. Juhardeen¹ , Moustafa H. Meki² , Jessica M. Miller² , Guruprasad Giridharan² , Ayman El-Baz² , Roberto Bolli¹ , Tamer M.A. Mohamed¹^,³^,⁴^,⁵^,⁶

¹Institute of Molecular Cardiology, Department of Medicine, University of Louisville, ²Department of Bioengineering, University of Louisville, ³Diabetes and Obesity Center, Department of Medicine, University of Louisville, ⁴Department of Pharmacology and Toxicology, University of Louisville, ⁵Institute of Cardiovascular Sciences, University of Manchester, ⁶Faculty of Pharmacy, Zagazig University

^* These authors contributed equally

In questo articolo

Sommario

Questo protocollo descrive come affettare e coltura tessuto cardiaco in condizioni fisiologiche per 6 giorni. Questo sistema di coltura potrebbe essere utilizzato come piattaforma per testare l'efficacia di nuove terapie per l'insufficienza cardiaca, nonché test affidabili della cardiotossicità acuta in un modello di cuore 3D.

Abstract

Molti nuovi farmaci falliscono negli studi clinici a causa di effetti collaterali cardiotossici, poiché i saggi in vitro attualmente disponibili e i modelli animali in vivo predicono male le passività cardiache umane, il che rappresenta un onere multimiliardario sull'industria farmaceutica. Pertanto, vi è una necessità medica insoddisfatta in tutto il mondo di approcci migliori per identificare la cardiotossicità dei farmaci prima di intraprendere studi costosi e dispendiosi in termini di tempo "first in man". Attualmente, solo le cellule cardiache immature (cardiomiociti derivati da cellule staminali derivate da cellule staminali derivate da cellule staminali umane [hiPSC-CMs]) vengono utilizzate per testare l'efficienza terapeutica e la tossicità dei farmaci in quanto sono le uniche cellule cardiache umane che possono essere coltivate per periodi prolungati necessario per testare l'efficacia e la tossicità del farmaco. Tuttavia, un tipo di singola cellula non può replicare il fenotipo del complesso tessuto cardiaco 3D che è formato da più tipi di cellule. È importante sottolineare che l'effetto dei farmaci deve essere testato sui cardiomiociti adulti, che hanno caratteristiche e risposte di tossicità diverse rispetto ai immaturi hiPSC-CMs. Culturing human heart slices è un modello promettente di miocardio umano intatto. Questa tecnologia fornisce l'accesso a un sistema multicellulare completo che imita il tessuto cardiaco umano e riflette le condizioni fisiologiche o patologiche del miocardio umano. Recentemente, attraverso l'ottimizzazione delle componenti dei mezzi di coltura e le condizioni di coltura per includere la stimolazione elettrica continua a 1,2 Hz e l'ossigenazione intermittente del mezzo di coltura, abbiamo sviluppato un nuovo sistema di coltura che preserva la vitalità e funzionalità di fette di cuore umano e maiale per 6 giorni in coltura. Nel protocollo attuale, stiamo descrivendo in dettaglio il metodo per affettare e coltivare il cuore di maiale come esempio. Lo stesso protocollo viene utilizzato per la coltura di fette da cuori umani, cani, pecore o gatti. Questo sistema di coltura ha il potenziale per diventare un potente modello predittivo in situ umano in situ per test di cardiotossicità acuta che colma il divario tra i risultati dei test preclinici e clinici.

Introduzione

La cardiotossicità indotta da farmaci è una delle principali cause di ritiro del mercato¹. Nell'ultimo decennio del XX^secolo, otto farmaci non cardiovascolari sono stati ritirati dal mercato in quanto hanno provocato la morte improvvisa a causa di aritmie ventricolari². Inoltre, diverse terapie anti-cancro (mentre in molti casi efficace) può portare a diversi effetti cardiotossici tra cui cardiomiopatia e aritmie. Ad esempio, le terapie di cancro al seno sia tradizionali (ad esempio, antracicline e radiazioni) che terapie mirate (ad esempio, trastuzumab) possono provocare complicazioni cardiovascolari in un so....