Misurazioni in tempo reale dei parametri di calcio e contrattilità in cardiomiociti derivati da cellule staminali pluripotenti indotte dall'uomo
26 maggio 2023
Qui, viene descritto un metodo consolidato per eseguire misurazioni della contrattilità e del calcio in cardiomiociti derivati da cellule staminali pluripotenti indotte umane utilizzando una piattaforma basata sull'ottica. Questa piattaforma consente ai ricercatori di studiare l'effetto delle mutazioni e la risposta a vari stimoli in modo rapido e riproducibile.
I cardiomiociti derivati da cellule staminali pluripotenti indotte dall'uomo rappresentano un potente strumento per studiare i cambiamenti mediati da mutazioni nella funzione dei cardiomiociti e definire gli effetti dei fattori di stress e degli interventi farmacologici. C'è bisogno di una piattaforma in cui la contrattilità e la manipolazione del calcio dei cardiomiociti derivati da cellule staminali pluripotenti indotte umane possano essere misurate in modo facile da usare e riproducibile. Questo metodo consente ai ricercatori di studiare la contrattilità dei cardiomiociti derivati da cellule staminali pluripotenti indotti dall'uomo mediante correlazione di pixel e misurare simultaneamente i transitori intracellulari di calcio caricando le cellule con fluoroforo sensibile al calcio.
Utilizzando questa piattaforma, è possibile eseguire misurazioni accoppiate in un ambiente di temperatura ben conservato e diversi formati di piastre e accedere immediatamente ai dati. Questo metodo consente lo studio dei meccanismi patologici cellulari e valuta l'effetto dei composti e la funzionalità dei cardiomiociti umani derivati da iPSC, che possono essere utili nel processo di screening preclinico dei farmaci.
Panoramica
Questo studio presenta un metodo di facile utilizzo per misurare la contrattilità e la gestione del calcio dei cardiomiociti derivati da cellule staminali pluripotenti indotte umane (hiPSC-CMs). L'approccio consente ai ricercatori di valutare rapidamente gli effetti delle mutazioni genetiche e degli interventi farmacologici, dimostrandone l'utilità nella selezione di farmaci e nella comprensione dei meccanismi cellulari.
Componenti Chiave dello Studio
Area di Ricerca
- Funzione dei cardiomiociti
- Interventi farmacologici
- Patofisiologia cellulare
Sfondo
- I CM-iPS sono preziosi per lo studio delle malattie cardiache.
- Comprendere la contrazione e la dinamica del calcio è fondamentale per caratterizzare la funzione dei cardiomiociti.
- È necessaria una piattaforma di misurazione riproducibile per sperimentazioni efficaci.
Metodi Utilizzati
- Sistema di misurazione basato sull'ottica per la contrattilità e le misurazioni del calcio
- Cardiomiociti derivati da cellule staminali pluripotenti indotte umane
- Tecniche di correlazione dei pixel e analisi con cytosolver
Risultati principali
- Il metodo ha catturato con successo la contrazione e il rilassamento sincronizzati insieme ai transitori di calcio.
- L'applicazione dell'agonista del recettore beta-adrenergico iso ha aumentato la frequenza cardiaca e migliorato la cinetica contrattile.
- I dati sono stati analizzati in modo efficiente utilizzando il programma Cytosolver.
Conclusioni
- Questo metodo migliora la capacità di studiare la funzione cardiaca a livello cellulare.
- Permette lo sviluppo di strategie terapeutiche attraverso lo screening preclinico di farmaci.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
La misurazione in tempo reale della contrattilità e della dinamica del calcio nei cardiomiociti derivati da hiPSC risponde a un'esigenza fondamentale di modelli cardiaci predittivi e pertinenti all'uomo nella fase iniziale della scoperta di farmaci. Questa piattaforma consente una valutazione rapida e quantitativa degli effetti delle mutazioni e delle risposte ai composti, supportando la riduzione del rischio meccanicistica e la continuità traslazionale. L'approccio migliora il processo decisionale sui portafogli fornendo dati riproducibili e scalabili per la valutazione preclinica della sicurezza e dell'efficacia cardiaca.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione dell'Obiettivo
- Permette l'analisi di ipotesi funzionali cardiache utilizzando modelli cellulari pertinenti all'uomo.
- Supporta la riduzione del rischio meccanicistica quantificando le variazioni della contrattilità e della gestione del calcio.
- Facilita la validazione funzionale di bersagli per le vie associate alle malattie cardiache e alla sicurezza.
- Fornisce un'affidabilità predittiva per la selezione precoce di bersagli cardiaci.
Sviluppo di screening e saggi
- Fornisce saggi standardizzati e riproducibili di contrattilità e calcio per la valutazione di composti.
- Permette la scalabilità del saggio in diversi formati di piastre e condizioni sperimentali.
- Genera output quantitativi per un confronto robusto tra stati basali e post-intervento.
- Consente lo screening rapido di perturbazioni farmacologiche e genetiche nei cardiomiociti derivati da hiPSC.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Allinea le rilevazioni funzionali cardiache in vitro con gli endpoint preclinici di sicurezza ed efficacia.
- Garantisce continuità dalla fase di scoperta alla validazione preclinica, utilizzando sistemi di derivazione umana.
- Supporta decisioni di avanzamento basate sulla valutazione del rischio, quantificando gli effetti cardiaci indotti dai farmaci.
- Facilita lo sviluppo di biomarcatori traslazionali per la contrattilità cardiaca e la regolazione del calcio.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo sistema di misurazione basato sull'ottica si integra nel percorso dalla scoperta alla fase preclinica, consentendo lo screening funzionale precoce, studi meccanicistici e la validazione traslazionale nella ricerca cardiaca.
- Biologia della scoperta: Quantifica la contrattilità e i transitori del calcio per testare ipotesi cardiache e chiarire i meccanismi delle malattie.
- Screening: Fornisce output pronti per saggi, riproducibili, per la valutazione di composti e agenti stressanti nei cardiomiociti derivati da hiPSC.
- Analisi: Offre misurazioni quantitative in tempo reale e output statistici per il confronto tra diverse condizioni.
- Ricerca traslazionale: Collega i risultati ottenuti in vitro a endpoint preclinici utilizzando modelli cardiaci rilevanti per l'uomo.
- Riutilizzo aziendale: Offre una piattaforma scalabile e riutilizzabile per studi continui sulla sicurezza e l'efficacia cardiaca.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva e riduce l'ambiguità meccanicistica nella validazione degli obiettivi cardiaci.
- Valore operativo: Standardizza i saggi di contrattilità e del calcio per garantire riproducibilità e scalabilità.
- Valore strategico: Migliora le decisioni di avanzamento o interruzione e l'efficienza del capitale consentendo una valutazione precoce del rischio cardiaco.
- Impatto sul portafoglio: Supporta la priorizzazione e la progressione degli asset cardiaci basata sull'adeguamento del rischio.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze nella coltura di hiPSC-CM e nell'allestimento di saggi funzionali.
- Necessita di strumentazione per misurazioni basate sull'ottica e di software analitici compatibili.
- Richiede una standardizzazione condivisa tra i gruppi di lavoro per i protocolli dei saggi e i flussi di analisi dei dati.
- Adattabile a diversi formati di piastre e configurazioni sperimentali per una progettazione flessibile degli studi.
- Dipende da un controllo accurato della temperatura e dell'ambiente per garantire la riproducibilità del saggio.
