Измерение параметров кальция и сократимости кальция в индуцированных плюрипотентных стволовых клетках человека в режиме реального времени
26 мая 2023 г.
В данной работе описан установленный метод измерения сократительной способности и кальция в индуцированных плюрипотентных кардиомиоцитах, полученных из стволовых клеток человека, с использованием оптической платформы. Эта платформа позволяет исследователям быстро и воспроизводимо изучать влияние мутаций и реакцию на различные стимулы.
Индуцированные плюрипотентные кардиомиоциты, полученные из стволовых клеток человека, представляют собой мощный инструмент для изучения мутационно-опосредованных изменений функции кардиомиоцитов и определения эффектов стрессоров и медикаментозных вмешательств. Существует потребность в платформе, на которой можно было бы измерить сократительную способность и обращение кальция с индуцированными плюрипотентными кардиомиоцитами человека, полученными из стволовых клеток, удобным и воспроизводимым способом. Этот метод позволяет изучать сократимость индуцированных человеком плюрипотентных кардиомиоцитов, полученных из стволовых клеток, путем пиксельной корреляции и одновременного измерения внутриклеточных кальциевых транзиентов путем загрузки клеток кальций-чувствительным флуорофором.
Используя эту платформу, можно выполнять парные измерения в хорошо сохраненной температурной среде и различных форматах пластин, а также мгновенно получать доступ к данным. Этот метод позволяет изучать клеточные патомеханизмы и оценивать влияние соединений и функциональность кардиомиоцитов, полученных из ИПСК человека, что может быть полезно в процессе доклинического скрининга лекарственных средств.
Обзор
В данном исследовании представлен удобный метод измерения сократимости и регуляции обмена кальция в кардиомиоцитах, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека (hiPSC-CMs). Этот подход позволяет исследователям быстро оценивать эффекты генетических мутаций и фармакологических воздействий, что демонстрирует его применимость в скрининге лекарственных препаратов и изучении клеточных механизмов.
Основные компоненты исследования
Область исследований
- Функция кардиомиоцитов
- Лекарственное вмешательство
- Клеточная патофизиология
Теоретические основы
- КМ-hiPSC представляют собой ценный материал для изучения сердечно-сосудистых заболеваний.
- Понимание динамики сокращения и кальциевого обмена имеет решающее значение для характеристики функций кардиомиоцитов.
- Для проведения эффективных экспериментов необходима воспроизводимая платформа для измерений.
Используемые методы
- Оптическая система измерения сократимости и уровня кальция
- Кардиомиоциты, полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека
- Методы корреляции пикселей и анализ с помощью cytosolver
Основные результаты
- Метод позволил успешно зафиксировать синхронное сокращение и расслабление, а также кальциевые транзиенты.
- Применение изопротеренола, агониста бета-адренорецепторов, привело к увеличению частоты сокращений и улучшению кинетики сокращения.
- Анализ данных был эффективно проведен с использованием программы Cytosolver.
Выводы
- Данный метод расширяет возможности изучения функций сердца на клеточном уровне.
- Он способствует разработке терапевтических стратегий посредством доклинического скрининга лекарственных препаратов.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Измерение сократимости и динамики кальция в кардиомиоцитах, полученных из hiPSC, в режиме реального времени отвечает критической потребности в прогностических, релевантных для человека моделях сердца на ранних этапах поиска лекарственных средств. Данная платформа позволяет проводить быструю количественную оценку эффектов мутаций и ответов на соединения, обеспечивая механистическое снижение рисков и трансляционную преемственность. Этот подход улучшает процесс принятия решений по портфелю препаратов, предоставляя воспроизводимые и масштабируемые данные для доклинической оценки безопасности и эффективности для сердца.
Стратегические приложения в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Позволяет проверять гипотезы о функциях сердца с использованием клеточных моделей, релевантных для человека.
- Способствует снижению механистических рисков за счет количественной оценки изменений сократимости и обмена кальция.
- Облегчает функциональную валидацию мишеней для изучения путей развития сердечных заболеваний и безопасности.
- Обеспечивает прогностическую уверенность при отборе мишеней для терапии сердечных заболеваний на ранних стадиях.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает стандартизированные и воспроизводимые анализы сократимости и уровня кальция для оценки соединений.
- Поддерживает масштабируемость анализа для различных форматов планшетов и условий эксперимента.
- Позволяет получать количественные данные для надежного сравнения исходного состояния и состояния после воздействия.
- Обеспечивает возможность экспресс-скрининга фармакологических и генетических воздействий на hiPSC-CMs.
Трансляционные и доклинические исследования
- Приводит показатели сердечной функции in vitro в соответствие с конечными точками доклинической безопасности и эффективности.
- Обеспечивает непрерывность процесса от этапа поиска препарата до доклинической валидации с использованием систем человеческого происхождения.
- Подкрепляет решения о продвижении разработки с учетом рисков путем количественной оценки кардиотоксических эффектов препарата.
- Способствует разработке трансляционных биомаркеров сердечной сократимости и обмена кальция.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Эта измерительная система на базе оптики интегрируется в континуум от этапа поиска до доклинических исследований, обеспечивая возможность раннего функционального скрининга, изучения механизмов и трансляционной валидации в кардиологических исследованиях.
- Биология открытий: Количественная оценка сократимости и кальциевых транзиентов для проверки гипотез о работе сердца и выяснения механизмов заболеваний.
- Скрининг: Обеспечение воспроизводимых результатов, готовых к анализу, для оценки влияния соединений и стрессоров на hiPSC-CMs.
- Аналитика: Предоставление количественных измерений в реальном времени и статистических данных для сравнения различных условий.
- Трансляционные исследования: Сопоставление результатов in vitro с доклиническими конечными точками с использованием релевантных человеческих моделей сердца.
- Корпоративное повторное использование: Масштабируемая и многократно используемая платформа для постоянного изучения безопасности и эффективности препаратов для сердца.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неопределенность при валидации кардиальных мишеней.
- Операционная ценность: Стандартизирует анализы сократимости и содержания кальция для обеспечения воспроизводимости и масштабируемости.
- Стратегическая ценность: Оптимизирует принятие решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и эффективность использования капитала за счет возможности ранней оценки кардиологических рисков.
- Влияние на портфель: Обеспечивает приоритизацию и продвижение кардиальных активов с учетом скорректированных рисков.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы с культурой кардиомиоцитов, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека (hiPSC-CM), и настройкой функциональных анализов.
- Необходимы измерительные приборы на базе оптики и совместимое аналитическое программное обеспечение.
- Требуется межкомандная стандартизация протоколов анализа и рабочих процессов анализа данных.
- Возможность адаптации к различным форматам планшетов и схемам экспериментов для гибкого дизайна исследования.
- Зависимость от надежного контроля температуры и условий окружающей среды для обеспечения воспроизводимости анализа.
