Methodenartikel

Hybride celanalysesysteem om structurele en contractiele veranderingen van menselijke iPSC-afgeleide cardiomyocyten te beoordelen voor preklinische cardiale risico-evaluatie

DOI:

10.3791/64283

⸱

20 oktober 2022

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1innoVitro GmbH, 2Nanion Technologies GmbH

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De analyse van veranderingen in contractiele functie en cellulaire integriteit van menselijke iPSC-afgeleide cardiomyocyten is van immens belang voor de ontwikkeling van niet-klinische geneesmiddelen. Een hybride 96-well celanalysesysteem behandelt beide parameters op een real-time en fysiologische manier voor betrouwbare, voor de mens relevante resultaten, die nodig zijn voor een veilige overgang naar klinische stadia.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Cardiale contractiliteitsbeoordeling is van immens belang voor de ontwikkeling van nieuwe therapieën en hun veilige overgang naar klinische stadia. Hoewel door de mens geïnduceerde pluripotente van stamcellen afgeleide cardiomyocyten (hiPSC-CM's) veelbelovend zijn om te dienen als een voor de mens relevant model in preklinische fasen van geneesmiddelenontdekking en veiligheidsfarmacologie, is hun volwassenheid nog steeds controversieel in de wetenschappelijke gemeenschap en in constante ontwikkeling. We presenteren een hybride contractiliteit en impedantie/extracellulair veldpotentieel (EFP) technologie, die aanzienlijke pro-rijpingsfuncties toevoegt aan een industriestandaard 96-well platform.

Het impedantie/EFP-systeem bewaakt de cellulaire functionaliteit in realtime. Naast de slagsnelheid van contractiele cellen, detecteren de elektrische impedantiespectroscopie-uitlezingen door verbindingen geïnduceerde morfologische veranderingen zoals celdichtheid en integriteit van de cellulaire monolaag. In het andere onderdeel van het hybride celanalysesysteem worden de cellen gekweekt op bioconforme membranen die de mechanische omgeving van echt hartweefsel nabootsen. Deze fysiologische omgeving ondersteunt de rijping van hiPSC-CMs in vitro, wat leidt tot meer volwassen-achtige contractiele reacties, waaronder positieve inotrope effecten na behandeling met isoproterenol, S-Bay K8644 of omecamtiv mecarbil. Parameters zoals de amplitude van de contractiekracht (mN/mm2) en de beatduur onthullen ook stroomafwaartse effecten van verbindingen met invloed op elektrofysiologische eigenschappen en calciumbehandeling.

Het hybride systeem biedt het ideale hulpmiddel voor holistische celanalyse, waardoor preklinische cardiale risicobeoordeling mogelijk is die verder gaat dan de huidige perspectieven van voor mensen relevante celgebaseerde testen.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Een van de belangrijkste doelen van de ontwikkeling van moderne geneesmiddelen is de verbetering van het succespercentage van nieuwe therapieën in de pijplijn voor het ontdekken van geneesmiddelen. Veiligheidsfarmacologische tests van deze nieuwe geneesmiddelen onthullen vaak bijwerkingen op het cardiovasculaire systeem die goed zijn voor bijna een kwart van het verloop van geneesmiddelen in preklinische stadia1. De ontwikkeling en integratie van nieuwe benaderingsmethodologieën (NAMs) spelen een sleutelrol bij de modernisering van preklinische beoordeling, in het bijzonder kernbatterijorganen zoals het hart. Aangezien deze methodologieën diervrije benaderingen zijn, werd het gebruik van op mensen gebaseerde celmodellen zoals cardiomyocyten (CM's) van geïnduceerde pluripotente stamcel (iPSC) oorsprong het afgelopen decennium het werkpaard voor de moderne beoordeling van veiligheidsfarmacologische en toxicologische kwesties2. Veelgebruikte testsystemen voor dergelijke onderzoeken zijn micro-elektrode array (MEA) en spanningsgevoelige kleurstof-gebaseerde experimentele benaderingen3.

Niettemin plaatst de geclaimde fenotypische en functionele onvolwassenheid van dit celtype obstakels in de weg van een ideaal op mensen gebaseerd celmodel, met het potentieel om translationele hiaten tussen niet-klinische en klinische studies te verminderen4.

In de loop der jaren is er enorm veel onderzoek gedaan om de reden voor het impliciete onrijpe fenotype te begrijpen en manieren te vinden om het rijpingsproces van menselijke iPSC-CMs in vitro te pushen.

Het ontbreken van hartrijpingssignalen zoals langdurige celkweektijden, een afwezigheid van andere celtypen in de buurt of een gebrek aan hormonale stimulatie bleek het rijpingsproces te beïnvloeden5. Ook werd de niet-fysiologische omgeving van reguliere celkweekplaten geïdentificeerd als een belangrijke oorzaak die de rijping van menselijke iPSC-CM's belemmert, vanwege de ontbrekende fysiologische substraatstijfheid van het inheemse menselijke hart 5,6.

Verschillende testsystemen met een focus op inheemse fysiologische omstandigheden werden ontwikkeld om dit probleem aan te pakken, waaronder 3D-celkweeksystemen waarbij cellen driedimensionaal worden uitgelijnd om te lijken op inheemse cardiale architectuur in plaats van typische tweedimensionale celculturen7. Hoewel verbeterde rijping wordt verkregen met 3D-assays, belemmert de behoefte aan geschoolde arbeidskrachten en de lage doorvoer van deze systemen een overvloedig gebruik hiervan in het ontwikkelingsproces van geneesmiddelen, aangezien tijd en kosten een fundamentele rol spelen bij de beoordeling van nieuwe therapieën op financieel niveau8.

Belangrijke uitlezingen voor de farmacologische en toxicologische beoordeling van nieuwe therapieën zijn veranderingen in functionele en structurele kenmerken van humane iPSC-CMs, aangezien door verbindingen geïnduceerde bijwerkingen van het cardiovasculaire systeem meestal een of beide van deze eigenschappen beïnvloeden 1,9. Bekende voorbeelden van dergelijke brede bijwerkingen zijn geneesmiddelen tegen kanker van de anthracyclinefamilie. Hier worden gevaarlijke functionele en nadelige structurele effecten op het cardiovasculaire systeem op grote schaal gemeld tijdens en na de behandeling van kanker bij patiënten, evenals met in vitro celgebaseerde assays10,11.

In deze studie beschrijven we een uitgebreide methodologie voor de beoordeling van zowel functionele als structurele samengestelde bijwerkingen op hiPSC-CMs. De methodologie omvat de analyse van cardiomyocytencontractiele kracht en impedantie / extracellulaire veldpotentiaal (EFP) analyse. De contractiele kracht wordt gemeten onder fysiologische mechanische omstandigheden, waarbij de cellen worden gekweekt op zachte (33 kPa) siliconensubstraten, die de mechanische omgeving van het inheemse menselijke hartweefsel weerspiegelen.

Het systeem is uitgerust met 96-well platen voor high throughput analyse van humane iPSC-CMs voor preklinische cardiale veiligheid farmacologische en toxicologische studies, en biedt dus een voordeel ten opzichte van momenteel gebruikte 3D-benaderingen zoals Langendorff hart of hart plakjes12,13.

In detail bestaat het hybride systeem uit twee modules, hetzij voor de beoordeling van cardiale contractiliteit onder fysiologische omstandigheden, hetzij voor de analyse van real-time cellulaire structurele toxiciteit 6,14. Beide modules werken met gespecialiseerde 96-well platen met hoge doorvoer voor snelle en kosteneffectieve gegevensverzameling.

Zonder de noodzaak van een 3D-constructie, maakt de contractiliteitsmodule gebruik van speciale platen die flexibele siliconenmembranen bevatten als substraat voor de cellen in plaats van het stijve glas of plastic waaruit reguliere celkweekplaten meestal bestaan. De membranen weerspiegelen typische menselijke biomechanische harteigenschappen en bootsen daarom in vivo omstandigheden na op een manier met een hoge doorvoer. Hoewel menselijke iPSC-CM's vaak geen volwassen cardiomyocytengedrag vertonen met betrekking tot door verbindingen geïnduceerde positieve inotropie in andere celgebaseerde assays14, kan een meer volwassen-achtige reactie worden beoordeeld wanneer de cellen worden gekweekt op de platen van de contractiliteitsmodule. In eerdere studies is aangetoond dat iPSC-CM's positieve inotrope effecten vertonen bij behandeling met verbindingen zoals isoproterenol, S-Bay K8644 of omecamtiv mecarbil 6,15. Hier kunnen meerdere contractiliteitsparameters worden beoordeeld, zoals primaire parameters zoals de amplitude van contractiekracht (mN / mm2), beatduur en beatsnelheid, evenals secundaire parameters van de contractiecyclus zoals gebied onder de curve, contractie- en ontspanningshellingen, beat rate-variaties en aritmieën (aanvullende figuur 1) 16 . Geneesmiddel-geïnduceerde veranderingen in alle parameters worden niet-invasief beoordeeld door capacitieve afstandsdetectie. De ruwe data wordt vervolgens geanalyseerd door gespecialiseerde software.

De structurele toxiciteitsmodule voegt zijn unieke impedantie- en EFP-parameters toe als een uitlezing voor structurele cellulaire toxiciteit en de analyse van elektrofysiologische eigenschappen17,18. De elektrische impedantiespectroscopietechnologie onthult samengestelde veranderingen in celdichtheid of cel- en monolaagintegriteit die in realtime wordt bewaakt, zoals aangetoond met menselijke iPSC-CM's die zijn behandeld met bekende cardiotoxische verbindingen13. Met impedantie-uitlezingen op verschillende frequenties (1-100 kHz) is het mogelijk om een fysiologische respons verder te ontleden, en zo is het onthullen van veranderingen in membraantopografie, cel-cel of cel-matrix juncties haalbaar. De aanvullende EFP-registratie van humane iPSC-CM's maakt verder de analyse mogelijk van elektrofysiologische effecten die worden veroorzaakt door samengestelde behandeling, zoals werd aangetoond in het licht van de CiPA-studie17,19.

In deze studie werden humane iPSC-CMs gebruikt, behandeld met epirubicine en doxorubicine, beide goed beschreven als cardiotoxische anthracyclines, en erlotinib, een tyrosinekinaseremmer (TKI) met een vrij laag risico op cardiovasculaire toxiciteit. Chronische beoordeling met epirubicine, doxorubicine en erlotinib werd gedurende 5 dagen uitgevoerd. Het resultaat toont kleine veranderingen in contractiliteit en base impedantie wanneer cellen werden behandeld met erlotinib, maar een tijd- en dosisafhankelijke toxische afname van contractieamplitude en base impedantie bij behandeling met respectievelijk epirubicine en doxorubicine. Acute metingen werden uitgevoerd met calciumantagonist nifedipine en tonen een afname van de amplitude van de contractie, de duur van het veldpotentiaal en de basisimpedantie, wat cardiotoxische bijwerkingen van deze verbinding op zowel functioneel als structureel niveau aantoont.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

OPMERKING: De workflow voor contractiliteit en impedantie/FPW-meting is weergegeven in aanvullende figuur 2.

1. Plaatcoating

  1. Open de vacuümverzegelde verpakking en haal de 96-wells plaat eruit. De procedures voor 96-well platen van beide modules zijn hetzelfde. Laat de contractieplaat afgedekt door de extra meegeleverde membraanafscherming tot de meting in de contractiliteitsmodule.
  2. Bedek de flexibele 96-well platen voor het zaaien van cardiomyocyten.
    1. Bereid een verdunde EHS-gelcoatingoplossing door 2,75 ml ehs-gel kant-en-klare oplossing over te brengen in een steriele centrifugebuis. Voeg vervolgens 8,25 ml DPBS toe met Ca2+ en Mg2+. Meng de oplossing zorgvuldig.
      OPMERKING: Optioneel kan fibronectine ook worden gebruikt voor het coaten van de putten: bereid 13 ml fibronectinecoatingoplossing in een steriele centrifugebuis door 650 μL fibronectine-stamoplossing (1 μg / ml) in 13 ml DPBS te verdunnen met Ca2 + en Mg2 +, wat resulteert in een werkoplossing van 50 μg / ml. Meng de oplossing zorgvuldig.
  3. Breng de coatingoplossing over in een steriel reagensreservoir dat in de laboratoriumautomatiseringsrobot is geplaatst.
  4. Voeg 100 μL van de coatingoplossing per put toe met de laboratoriumautomatiseringsrobot met behulp van het programma "ADD100μL". Plaats het deksel terug op de 96-well plaat en incubeer gedurende 3 uur bij 37 °C.
    OPMERKING: Het programma voor de labautomatiseringsrobot moet vooraf handmatig worden ingesteld.

2. Zaaien van menselijke iPSC-afgeleide cardiomyocyten in flexibele 96-well platen (dag 0)

  1. Ontdooi de cellen volgens de richtlijnen van de fabrikant.
  2. Tel de cellen met een handmatige telkamer en pas de cellen in het aanbevolen platingmedium aan volgens de instructies van de celfabrikant (bijv. 1 x 105 cellen / put), wat resulteert in 11 x 106 cellen / 11 ml voor het zaaien van een volledige 96-well plaat.
  3. Verwijder de EHS-geloplossing uit de putten met de laboratoriumautomatiseringsrobot met behulp van het programma "REMOVE100μL". Verwijder het reagensreservoir met de gedoseerde coatingoplossing uit de robot.
  4. Breng de celsuspensie (11 ml totaal) over in een steriel reagensreservoir dat in de laboratoriumautomatiseringsrobot is geplaatst en zaai de cellen met 100 μL / put met behulp van het programma "CELLS_ADD100 μL".
  5. Breng onmiddellijk na het zaaien van de cel de flexibele 96-well plaat over in de incubator (37 °C, 5% CO2, vochtigheidsgestuurd) en laat de cellen een nacht bezinken.

3. Gemiddelde uitwisseling van flexibele 96-well platen (dag 1)

  1. Verwarm ten minste 22 ml cardiomyocytenonderhoudsmedium per plaat tot 37 °C in een centrifugebuis van 50 ml, 18-24 uur na het zaaien van de platen.
  2. Breng het verse medium (ten minste 22 ml) over in een steriel reagensreservoir en laat het vlak naast de laboratoriumautomatiseringsrobot staan. Plaats een leeg reagensreservoir in de robot en voer mediumverwijdering uit met het programma "REMOVE100μL". Verwissel daarna het reagensreservoir dat het afvalmedium bevat met het reagensreservoir dat het verse medium bevat en doseer 200 μL van het verse medium per put met het programma "ADD100μL". Voer deze stap twee keer uit om 200 μL/put te bereiken.
  3. Breng onmiddellijk na mediumuitwisseling de plaat terug in de incubator.
  4. Voer om de dag een mediumuitwisseling (200 μL/put) uit tot toevoeging van de verbinding.

4. Laatste mediumuitwisseling vóór samengestelde toevoeging (dag 5-7)

  1. Voer een laatste mediumverandering 4-6 uur uit voordat u de verbinding toevoegt.
  2. Verwarm ten minste 22 ml testbuffer voor één flexibele 96-well plaat. De testbuffer bestaat uit onderhoudsmedium of derivaten daarvan (bijv. laag/geen serummedia, fenolrode vrije media of andere isotone buffers).
  3. Breng het verse medium over in een steriel reagensreservoir en laat het vlak naast de laboratoriumautomatiseringsrobot staan. Plaats een leeg reagensreservoir in de robot en voer mediumverwijdering uit. Verwissel daarna het reagensreservoir dat het afvalmedium bevat met het reagensreservoir dat het verse medium bevat en doseer 200 μL/put van het verse medium.
  4. Breng onmiddellijk na mediumuitwisseling de flexibele plaat terug in de incubator.

5. Samengestelde toevoeging en gegevensregistratie (dag 5-7)

OPMERKING: Een voorbeeld van een meetplan voor het experiment wordt gegeven in aanvullende figuur 3.

  1. Bereid de werkoplossing per verbinding in 4x de concentratie in de laminaire stromingskap met behulp van een steriele gewone putplaat van 96 diep. De samengestelde oplossing is gebaseerd op de testbuffer die in stap 4 is gebruikt. Breng de 96-diepe putplaat met de samengestelde oplossing gedurende ten minste 1 uur over in de incubator om deze aan te passen aan dezelfde toestand als de flexibele plaat.
    OPMERKING: De 1x-concentratie van elk medicijn dat voor elk experiment wordt gebruikt, wordt vermeld in de cijfers en legenda's.
  2. Breng de plaat 1 uur voordat u een nulmeting uitvoert over naar het betreffende meetapparaat.
  3. Open Edit Protocol in de besturingssoftware (onderdeel van het hybride celanalysesysteem) en selecteer de respectievelijke meetmoduscontractiliteit of impedantie/EFP.
  4. Definieer de sweep-duur (lengte van één meting; bijvoorbeeld 30 s) en het herhalingsinterval (tijd tussen metingen; bijvoorbeeld 5 minuten) en sla het protocolnummer op.
  5. Selecteer Startprotocol > Doorgaan en vul de gevraagde velden in.
  6. Selecteer ten slotte Meting starten. Voer minimaal drie nulmetingen (sweeps) uit in intervallen van 5 minuten kort voordat de verbinding wordt toegevoegd.
    OPMERKING: Voorbeeldgegevens van een contractiliteitsbasismeting met behulp van de contractiliteitsmodule voordat samengestelde optelling wordt weergegeven in aanvullende figuur 4
  7. Verwijder 50 μL van de testbuffer uit elke put zonder de flexibele 96-wellsplaat uit het meetapparaat te verwijderen.
  8. Voeg 50 μL van de 4x geconcentreerde samengestelde oplossing toe aan elke put van de plaat, volgens het meetplan.
  9. Selecteer Regiomarkering toevoegen en definieer de lay-out van de samengestelde plaat en het volume van de samengestelde oplossing na toevoeging van de samengestelde verbinding.
  10. Selecteer ten slotte Doorgaan met standaardmeting of Doorgaan met meetreeksen volgens het experimentele plan.

6. Data-analyse

  1. Met opnamesoftware meet u sweeps, waarvan de lengte en het herhalingsinterval door de gebruiker worden gedefinieerd.
  2. Met analysesoftware kunt u de vorm van het signaal vastleggen door parameters zoals amplitude, beatsnelheid, pulsbreedte, enzovoort automatisch uit te lezen.
    OPMERKING: Een gemiddeld signaal inclusief de standaarddeviatie, de zogenaamde gemiddelde beat, wordt automatisch berekend op basis van de gegevens van één sweep. De gebruiker kan de contractiliteit/IMP/EFP-parameters definiëren die de software berekent en weergeeft.
  3. Bereken met analysesoftware de dosis-responscurve en IC50/EC50 voor elke verbinding.
    OPMERKING: De onbewerkte gegevens en de analyseresultaten die met de analysesoftware worden gegenereerd, kunnen eenvoudig in verschillende indelingen worden geëxporteerd. Ten slotte worden de gegevensrapporten automatisch gegenereerd om de experimentele resultaten samen te vatten en te archiveren. Een uitgebreide beschrijving van wat en hoe een EFP-signaal wordt gemeten, wordt besproken in 17.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De effecten van kinaseremmer erlotinib op de contractiliteit van hiPSC-CMs zijn weergegeven in figuur 1. De cellen werden behandeld met concentraties variërend van 10 nM tot 10 μM gedurende 5 dagen en de beatparameters werden dagelijks geregistreerd. Erlotinib, een EGFR (epidermale groeifactorreceptor) en tyrosinekinaseremmer met een vergelijkbaar laag risico op cardiotoxiciteit, had een kleine dosis en tijdsafhankelijk effect op hiPSC-CM's alleen bij concentraties in het micromolaire bereik...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het impedantie/FPW/contractiliteit hybride systeem is een uitgebreide methodologie voor high throughput veiligheid farmacologische en toxicologische beoordeling van cardiale aansprakelijkheden voor preklinische geneesmiddelenontwikkeling. Het biedt een moderne aanpak voor preklinische veiligheidstests zonder het gebruik van diermodellen, maar met hogere doorvoermogelijkheden die tijd en kosten aanzienlijk verminderen. Dit systeem heeft het potentieel om te worden gebruikt als een aanvullende benadering voor het Langendor...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

B.L., M.Go. en P.L. zijn werkzaam bij innoVitro GmbH, fabrikant van de flexibele platen. U.T., E.D., M.L., M.Ge., N.F. en S.S. zijn werkzaam bij Nanion Technologies GmbH, fabrikant van het hybride apparaat.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd ondersteund door subsidies van het Duitse federale ministerie van Economische Zaken en Klimaatactie (ZIM) en van het Duitse federale ministerie van Onderwijs en Onderzoek (KMUinnovativ). Wij danken FUJIFILM Cellular Dynamics, Inc (Madison, WI, USA) voor het verstrekken van cardiomyocyten en Ncardia B.V. (Leiden, Nederland) voor het vriendelijk verstrekken van cardiomyocyten, gebruikt in deze studie.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Commerciële humane iPSC-afgeleide cardiomyocyten Fujifilm Cellular Dynamics International (FCDI)R1059
Centrifuge (50 mL buizen)Thermo Fisher Scientific15878722
12-kanaals instelbare pipette (100-1250 μL)Integra Biosciences4634
DPBS met Ca2+ en Mg2+GE Healthcare HyCloneSH304264.01
96 diepe putplaatThermo Fisher ScientificA43075
EHS gelExtracellulaire Matrix Gel
FLEXcyte 96/CardioExcyte hybride apparaatNanion Technologies 19 1004 1005Hybride celanalysesysteem 
FLX-96 FLEXcyte Sensor PlatenNanion Technologies20 1010
 Fibronectin stockoplossing (Optioneel voor Geltrex)Sigma AldrichF1141
Geltrex hESC-gekwalificeerd, gereed voor gebruik, gereduceerde groeifactor basale membraanmatrixThermoFischer ScientificA1569601
Menselijke iPSC-afgeleide cardiomyocyten plateer- en onderhoudsmediumFCDIR1059
Incubator (37 °C, 5% CO2)Thermo Fisher Scientific51023121
Laminaire stroomkapThermo Fisher Scientific51032678
NSP-96 CardioExcyte 96 Sensor Platen 2,0 mm transparantNanion Technologies20 1011
Pipettipjes (1250µL)Integra Biosciences94420813
ReagensreservoirIntegra Biosciences8096-11
Serologische pipet (bijv. 25 mL)Thermo Fisher Scientific16440901
Eenkanaals instelbare pipet (bijv. 100-1000 μL)Eppendorf3123000063
Vacuum aspiratiesysteemThermo Fisher Scientific15567479
Optioneel: VIAFLO ASSISTIntegra Biosciences4500Lab automatisering Robot
Waterbad (37 °C)Thermo Fisher Scientific15365877

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Weaver, R. J., Valentin, J. -P. Today's challenges to de-risk and predict drug safety in human "mind-the-gap". Toxicological Sciences. 167 (2), 307-321 (2019).
  2. Burnett, S. D., Blanchette, A. D., Chiu, W. A., Rusyn, I. Human induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived cardiomyocytes as an in vitro model in toxicology: strengths and weaknesses for hazard identification and risk characterization. Expert Opinion on Drug Metabolism Toxicology. 17 (8), 887-902 (2021).
  3. Gintant, G., et al. Repolarization studies using human stem cell-derived cardiomyocytes: Validation studies and best practice recommendations. Regulatory Toxicology and Pharmacology. 117, 104756(2020).
  4. Pang, L. Toxicity testing in the era of induced pluripotent stem cells: A perspective regarding the use of patient-specific induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes for cardiac safety evaluation. Current Opinion in Toxicology. 23, 50-55 (2020).
  5. Ahmed, R. E., Anzai, T., Chanthra, N., Uosaki, H. A brief review of current maturation methods for human induced pluripotent stem cells-derived cardiomyocytes. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 8, 178(2020).
  6. Gossmann, M., et al. Integration of mechanical conditioning into a high throughput contractility assay for cardiac safety assessment. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 105, 106892(2020).
  7. Hansen, A., et al. Development of a drug screening platform based on engineered heart tissue. New Methods in Cardiovascular Biology. 107 (1), 35-44 (2010).
  8. Zuppinger, C. 3D Cardiac cell culture: a critical review of current technologies and applications. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 6, 87(2019).
  9. Laverty, H. G., et al. How can we improve our understanding of cardiovascular safety liabilities to develop safer medicines. British Journal of Pharmacology. 163 (4), 675-693 (2011).
  10. Volkova, M., Russel, R. Anthracycline cardiotoxicity: prevalence, pathogenesis and treatment. Current Cardiology Reviews. 7 (4), 214-220 (2011).
  11. Bozza, W., et al. Anthracycline-induced cardiotoxicity: molecular insights obtained from human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs). The AAPS Journal. 23 (2), (2021).
  12. Sutherland, F. J., Hearse, D. J. The isolated blood and perfusion fluid perfused heart. Pharmacological Research. 41 (6), 613-627 (2000).
  13. Brown, G. E., Khetani, S. R. Microfabrication of liver and heart tissues for drug development. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 373 (1750), 20170225(2018).
  14. Scott, C. W., et al. An impedance-based cellular assay using human iPSC-derived cardiomyocytes to quantify modulators of cardiac contractility. Toxicological Sciences. 142 (2), 313-338 (2014).
  15. Gossmann, M., et al. Mechano-pharmacological characterization of cardiomyocytes derived from human induced pluripotent stem cells. Cellular Physiology and Biochemistry. 38 (3), 1182-1198 (2016).
  16. Rappaz, B., et al. Automated multi-parameter measurement of cardiomyocytes dynamics with digital holographic microscopy. Optics Express. 23 (10), 13333-13347 (2015).
  17. Doerr, L., et al. New easy-to-use hybrid system for extracellular potential and impedance recordings. Journal of Laboratory Automation. 20 (2), 175-188 (2014).
  18. Obergrussberger, A., et al. Safety pharmacology studies using EFP and impedance. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 81, 223-232 (2016).
  19. Bot, C., et al. Cross-site comparison of excitation-contraction coupling using impedance and field potential recordings in hiPSC cardiomyocytes. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 93, 46-58 (2018).
  20. Pang, L., et al. Workshop report: FDA workshop on improving cardiotoxicity assessment with human-relevant platforms. Circulation Research. 125 (9), 855-867 (2019).
  21. Edwards, S. L., et al. A multiwell cardiac µGMEA platform for action potential recordings from human iPSC-derived cardiomyocyte constructs. Stem Cell Reports. 11 (2), 522-536 (2018).
  22. Zlochiver, V., Kroboth, S., Beal, C. R., Cook, J. A., Joshi-Mukherjee, R. R.Human iPSC-derived cardiomyocyte networks on multiwell micro-electrode arrays for recurrent action potential recordings. Journal of Visualized Experiments. (149), e59906(2019).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Cardiac Contractility AssessmentHuman iPSC CardiomyocytesImpedance SpectroscopyExtracellular Field PotentialContractile Force MeasurementDrug Safety Pharmacology96 Well PlatformCardiomyocyte Maturation

Gerelateerde artikelen