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Article de méthode

Automatisé Contraction L'analyse des tissus humains Engineered cardiaque pour le dépistage de la sécurité cardiaque médicaments

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DOI :

10.3791/55461

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15 avril 2017

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Dans cet article

Résumé

Ici, nous montrons la génération de tissu cardiaque humain conçu à partir de cellules souches pluripotentes induites (hiPSC) cardiomyocytes dérivée de. Nous présentons une méthode pour analyser la force de contraction et de modification à titre d'exemple de configuration de contraction de l'inhibiteur du canal hERG E-4031. Cette méthode montre haut niveau de robustesse et l'aptitude pour le dépistage des drogues cardiaque.

Résumé

ingénierie de tissu cardiaque décrit des techniques pour constituer trois forces génératrices de dimensions tissus d'ingénierie. Pour la mise en œuvre de ces procédures dans la recherche fondamentale et le développement préclinique de médicaments, il est important de développer des protocoles pour la production et l'analyse automatisée dans des conditions normalisées. Nous présentons ici une technique pour générer du tissu cardiaque Engineered (EHT) de cardiomyocytes de différentes espèces (rat, souris, humaines). La technique repose sur l'assemblage d'un gel de fibrine contenant des cardiomyocytes dissociées entre les postes polydiméthylsiloxane élastique (PDMS) dans un format à 24 puits. En trois dimensions, HASTI produisant une force constituent dans les deux semaines après la coulée. Cette procédure permet la génération de plusieurs centaines de HASTI par semaine et est techniquement limitée que par la disponibilité des cardiomyocytes (0,4-1,0 x 10 6 / EHT). Evaluation des contractions musculaires auxotonique est effectuée dans une chambre d'incubation modifié avec un mécaninterlock ical pour plaques à 24 puits et une caméra placée au-dessus de cette enceinte. Un logiciel commande une caméra déplacée sur un système d'axes XYZ de chaque EHT. contractions EHT sont détectées par un algorithme de reconnaissance automatique de la figure, et la force est calculée sur la base de raccourcissement de la EHT et la propension élastique et la géométrie des postes de PDMS. Cette procédure permet une analyse automatisée des nombres élevés de EHT dans des conditions normalisées et stériles. La détection fiable des effets des médicaments sur la contraction des cardiomyocytes est crucial pour le développement de médicaments et la pharmacologie cardiaque de sécurité. Nous démontrons, avec l'exemple du système E-4031, que le EHT humain inhibiteur du canal hERG reproduit les réponses des médicaments sur la cinétique de contraction du cœur humain, ce qui indique qu'il est un outil prometteur pour le dépistage cardiaque de l'innocuité des médicaments.

Introduction

effets secondaires cardiaques tels que le syndrome du QT long induite par le médicament ont conduit à des retraits du marché au cours des dernières années. Les statistiques indiquent qu'environ 45% de tous les prélèvements sont dus à des effets indésirables sur le système cardio - vasculaire 1. Cette défaillance du médicament après le processus de développement coûteux et l'approbation est le pire scénario pour les entreprises pharmaceutiques. services de recherche et de développement se concentrent donc sur la détection de ces effets cardiovasculaires indésirables tôt. Pour des questions économiques et éthiques, les efforts visant à r....

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Protocole

REMARQUE: Les étapes suivantes décrivent un protocole de culture cellulaire. S'il vous plaît effectuer dans des conditions stériles et utiliser les médias préchauffées.

1. La différenciation cardiaque des hiPSC

  1. Cultiver le hiPSC
    1. Manteau de plaques à 6 puits (1 ml / puits) ou des flacons T75 (7 ml / flacon) avec un facteur de croissance réduite matrice de membrane basale (par exemple geltrex, 1: 200; voir le tableau des matériaux) dilué dans du milieu de Eagle modifié par Dulbecco (DMEM) pour 30 min à 37 ° C. Préparer moyen FTDA 12 par mélange du milieu DMEM / F-12 d....

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Résultats

Différenciation cardiaque et préparation de EHT

HiPSC ont été étendus sur le facteur de croissance réduite matrice de la membrane basale, dissociées avec EDTA et corps embryoïdes (EbS) formés dans des flacons spinner pendant la nuit. Après l'induction mésodermique pendant trois jours, la différenciation cardiaque a été initiée avec l'inhibiteur Wnt. Après ~ 17 jours de protocole de différenciation, en battant EB ont été d.......

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Discussion

tissu cardiaque conçu offre une option valable à la boîte à outils de la recherche cardiovasculaire. HASTI dans le format de 24 puits se sont révélés utiles pour la modélisation de la maladie 8, 14, le dépistage de l' innocuité des médicaments 7, 8, 10, 11, 15, ou la recherche cardiovasculaire de .......

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Déclarations de divulgation

IM, TE et AH sont co-fondateurs de EHT Technologies GmbH, Allemagne.

Remerciements

Les auteurs remercient Alessandra Moretti et Dennis Schade pour leur contribution type de matériel. Nous reconnaissons le grand soutien du groupe de travail iPS et EHT au Département de pharmacologie et de toxicologie expérimentale de l'UKE. Le travail des auteurs est pris en charge par des subventions du DZHK (Centre allemand de recherche cardiovasculaire) et le ministère allemand de l'éducation et de la recherche (BMBF), la Fondation allemande pour la recherche (DFG Es 88 / 12-1, HA 3423 / 5-1 ), Centre national britannique pour le remplacement Raffinement et réduction des animaux en recherche (NC3Rs CRACK-IT accorde 35911-259146), la British Heart Foundati....

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Instrument d’analyse EHTEHT Technologies GmbHA0001Le logiciel est inclus
EHT PDMS rackEHT Technologies GmbHC0001
EHT PTFE spacerEHT Technologies GmbHC0002
EHTelectrode EHT Technologies GmbHP0001
EHT pace adaptateur/câbleEHT Technologies GmbHP0002
Plaque à 24 puitsNunc144530
Plaque de culture cellulaire à 6 puitsNunc140675
tube de faucon de 15 mL, gradué.Sarstedt62,554,502
Racleur à cellulesSarstedt831,830
Fiole tournanteIntegra182 101
Agitateur Variomag/ Cimarec Biosystem Direct  ;Thermo scientific70101Régler la vitesse du rotor à 40 tr/min
Fiole de culture cellulaire T175  ;Sarstedt  ;831 812 002
Crémaillère de sédimentation en VFabriqué sur mesure chez UKE Hamburgna
10& fois ; DMEMGibco52100
1-Thioglycérol  ;Sigma AldrichM6145
Acide 2-phospho-L-ascorbique sel trisodiqueSigma Aldrich49752
Activine-A  ;R& D systems338-AC
Agarose  ;Invitrogen15510-019
AprotininSigma AldrichA1153
Aqua ad injectabiliaBaxter GmbH1428
B27 PLUS insuline  ;Gibco17504-044
BMP-4R& D systems314-BP
Collagénase II  ;WorthingtonLS004176
DMEMBiochromF0415
DMSO  ;Sigma AldrichD4540
DNase II, type V (à partir de la rate bovine)Sigma  ;D8764
Dorsomorphine  ;abcamAB120843
EDTA  ;Roth8043.2
Sérum de veau fœtalGibco10437028
FGF2Miltenyi Biotec130-104-921
Fibrinogène (bovin)Sigma AldrichF8630
Geltrex  ;GibcoA1413302Pour l’enrobage : dilution 1:200
HBSS sans Ca2+/Mg2+s ;Gibco14175-053
HEPES  ;Roth9105.4
Sérum de chevalTechnologies de la vie26050088
Albumine sérique humaineBiological Industries05-720-1B
Insuline humaineSigma AldrichI9278
L-GlutaminGibco25030-024
Lipidmix  ;Sigma AldrichL5146
MatrigelBD Biosciences354234Pour EHT reconstitutionmix.
N-Benzyl-p-ToluènesulfonamideTCIB3082-25G
PBS sans MgCl2/CaCl2Biochrom14190
Pénicilline/StreptomycineGibco15140
Pluronic F-127  ;Sigma AldrichP2443
Alcool polyvinylique  ;Sigma AldrichP8136
RPMI 1640  ;Gibco21875
Sélénite de sodiumSigma AldrichS5261
TGFß ; 1Peprotech100-21
ThrombinSigma AldrichT7513
Transferrin  ;Sigma AldrichT8158
Y-27632Biorbytorb6014
hiPSCFabriqué sur mesure à l’UKE hamburgna
iCell cardiomyocyteskit Cellular Dynamics InternationalCMC-100-010-001
Pluricyte cardiomyocytekit PluriomicsPCK-1.5
Cor.4U - HiPSC cardiomyocyteskit Axiogenesis AGAx-C-HC02-FR3
Cellartis cardiomyocytesTakara Bio USA, Inc.Y10075

Références

  1. Laverty, H. How can we improve our understanding of cardiovascular safety liabilities to develop safer medicines? Br J Pharmacol. 163 (4), 675-693 (2011).
  2. Guidance for Industry S7B Nonclinical Evaluation of the Potential for Delayed Ventricular Repolarization (QT Interval Prolongation) by Human Pharmaceuticals. , U.S. Department of Health and Human Services Food and Drug Administration. Available from:

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Réimpressions et autorisations

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