Эта статья описывает экспериментальные протоколы для изучения ex vivo сокращений человека миометрия и их применение в лекарственных препаратах. Этот метод используется для улучшения понимания миометрия физиологии и патофизиологии также относительно проверки фармакологическим данным Роман исследований зондов или наркотиками ведет.
Открытие и характеристика новых фармацевтических соединений или биохимических зонды полагаются на надежной и физиологически соответствующего анализа систем. Мы описываем методы измерения ex vivo сократительную способность миометрия. Этот assay может использоваться для выявления факторов и молекул, участвующих в модуляции сокращения миометрия и определить их возбуждающим или ингибирующего действия и поэтому их терапевтический потенциал в естественных условиях. Биопсия получаются из женщин доставки кесарева сечения с осознанного согласия. Тонкой полоски миометрия расчлененный, обрезается и придает силы датчика в пределах 1 мл орган бани superfused раствором физиологического раствора при температуре 37 ° C. Полоски развивать спонтанное сокращений в течение 2-3 ч при установленной напряженности и остаются стабильными в течение многих часов (> 6 ч). Полоски могут также стимулировать заключать такие как эндогенных гормонов, окситоцин и вазопрессин, которые вызывают сокращение частотой модуляции концентрации зависимых, силы и продолжительности, чтобы больше напоминают схватки в труде. Следовательно эффект известных и роман наркотиков ведет могут быть проверены на спонтанных и индуцированных агонист схватки.
Этот протокол конкретно подробности, как этот assay может использоваться для определения потенции агентов, известных и Роман путем измерения их воздействия на различные параметры сжатия человека миометрия. Мы используем окситоцина – и V1a антагонисты рецепторов, атозибана и SR49059 как примеры известных соединений, которые подавляют окситоцина и вазопрессина индуцированной схватки и продемонстрировать, как этот метод может использоваться для дополнения и подтверждения Фармакологические данные, полученные на основе ячеек анализов для разработки лекарств. Можно также охарактеризовать последствия Роман агонисты по сравнению с окситоцина и вазопрессина. Хотя мы используем пример окситоцина / системы вазопрессина, этот метод также может быть использован для изучения других рецепторов и ионные каналы, которые играют определенную роль в сокращения матки и релаксации для углубления понимания человека матки физиологии и патофизиологии.
Цель лекарств является производить роман, мощным и высокоселективных лиганды, которые генерируют терапевтические реакции активации или ингибирования клеточной сигнализации пути. Это требует соответствующего анализа системы, в которой для проверки соединений свинца с надежная, устойчивая и соответствующих решений1. Фармакологические методы, такие как Связывание лиганда рецепторов и функциональные анализы часто используют гетерологичных систем, основанных на клетки, в инженерии с overexpress рецепторами, которые в противном случае не будет настоящей2. Хотя эти методы предоставляют ценную информацию для рецепторов фармакологии и начале разработки лекарственных средств, полученные данные могут не отражать истинный в vivo сценарий. Поэтому важно, что фармакологические данные из ячейки на основе анализов также проверяются в физиологически соответствующих моделей.
Гладкие мышцы матки (миометрия) представляет собой мышечный слой матки, которая отвечает за сокращений во время схваток, которые излечению и расширяются шейки матки и доставить плода3. Сокращения миометрия спонтанное; она не требует гормональной и нервной ввода для контракта4. Сокращений вызванных спонтанной деполяризации мембраны клеток миометрия которой приводит к открытию напряжение работает Ca2 +-каналы (каналы L-типа) и приток Ca2 + в клетки5. Кальция комплексы с Кальмодулин и активирует лёгкие цепи киназы миозина, который в свою очередь фосфорилирует миозина, позволяя пересеките мост цикла формирования с актина и сокращение. Релаксация обычно опосредовано де фосфорилирование миозина, миозин фосфатазы и снижением концентрации Ca2 + через экструзии из клетки и/или поглощения в саркоплазматический ретикулум (SR)5,6 ,7.
Несколько методов были разработаны для изучения миометрия функции и дисфункции, от внутренних и внешних Токография в естественных условиях и катетеры внутриматочного давления, для генерации превращается или увековечен клеток миометрия происхождения8 ,9,10,,1112. Хотя систем культуры клеток может обнаружить, является ли вещество может действовать на клеточном уровне, полоски ткани внутри бани орган может использоваться как инструменты для измерения функциональных ответы на фармакологические реагентов вся тканей. Ванна традиционный орган обычно является большой подогревом стекло камеры, которая способна холдинга между 5 и 50 мл физиологического раствора (PSS). Полосы в эти большие камеры обычно требуют аэрации кислородом и больших объемов PSS. Полоски ткани расчлененные и приостановлено в зале купания и придает силы датчика, который измеряет изменения напряженности, такие, как во время спада. Полос миометрия от людей и животных, включая, морская свинка13, мыши14, крыса15, кролик16и другие17,18, были использованы для изучения ряда исследовательских групп Многие вопросы, касающиеся миометрия физиологии и патологии, в том числе недоношенных и неблагополучных трудов. К примеру, миометрия полосы были использованы для определения факторов, регулировать и изменять миогенных деятельности19,20,21, определить функции органеллы, например SR22, а также расследование модуляторы иона каналов23,24,25,26, насосы и теплообменников27 определить их роль в физиологии миометрия.
Эта техника ex vivo для оценки работы сокращения тканей и прямое действие различных агентов на параметры сжатия позволяет измерить включая, сокращение сил (силы), частота и продолжительность, а также интеграция этих значений, чтобы создать индекс общей работы, проделанной (среднее неотъемлемой силой или площадь под кривой, AUC). Как подготовки газа изолированы ткани представляет собой модель более одного типа клеток, физиологическая реакция всей ткани могут быть измерены. Ванна органа и изолированные ткани полосы поэтому являются полезным инструментом в обеспечении мост между работой культуры клеток и весь животныхв естественных условиях работы. Таким образом, в области лекарственных препаратов, последствия новых агентов с точки зрения их возбуждающих (т.е., стимулирования) или тормозящее (то есть, релаксация) потенциал в естественных условиях могут быть более тесно оценены. Этот метод был успешно используется в разработке окситоцина – и V1a-атозибан антагонист рецепторов (OTR и V1aR) как токолитическими подавляют преждевременных родов схватки и задержки преждевременных родов. В vitro тестирование атозибан на миометрия полоски нашли антагониста удалось значительно сократить окситоцина (OT)-индуцированной схватки28,29,30. Важно эти исследования помогли проверить трансляционная значение атозибана и созданных доказательства в концепция данных необходимо принять ее вперед до клинических испытаний31,,3233,34 . Атозибан теперь широко используется как препарат выбора для задержки труда в Европе. Для аналоговых карбетоцина окситоцина показать свой терапевтический потенциал в предотвращении послеродовое кровотечение35,,3637были проведены аналогичные доказательства в концепция исследования. Другие соединения свинца в настоящее время в стадии разработки с этот assay включают38 retosiban (GSK221149A) и nolasiban (неопубликованные данные). Эти методы также были успешно использованы для сравнения между группами пациентов39,40,41,42,,4344, 45,,4647 и изучить для intra Межвидовые различия.
Здесь мы описываем использование изолированных ex vivo полоски ткани от беременных человека миометрия в малых (1 мл) по заказу органа ванны для иллюстрации того, как этот метод может использоваться для дополнения и подтверждения фармакологических данные, полученные на основе ячеек анализов . Биопсия основном были получены из женщин проходят заранее труда планового кесарева сечения (CS) доставки, как они являются запланированные операции и, следовательно, легче планировать биопсии коллекции, имеют легкий доступ к миометрия и тканей не будут подвержены любому утеротоника стимуляторов или миорелаксанты до операции. Однако биопсии могут быть получены также доставку (аварийный) CS в условии, что имеется достаточно времени для полного согласия пациента труда женщин. Большинство биопсий получаются во время операции из нижнего сегмента матки на сайте хирургический разрез, однако это также можно получить образцы из верхнего сегмента48,49. В некоторых случаях после вагинальных родов удар биопсий из плацентарной кровати также были получены50. Однако это не самые обычные маршрут и количество ткани миометрия получены невелика. Non беременных миометрия могут быть получены до или после менопаузы женщины проходят гистерэктомия для доброкачественных гинекологических заболеваний. Полная толщина биопсия является пробы после Патоморфологическое исследование, от нижней корпус от шейки матки, и миометрия берется из середины стенке матки, избегая поверхности серозных и эндометрия.
Хотя большинство разработки лекарственных средств предназначен для лечения заболеваний человека, наиболее фундаментальные исследования главным образом осуществляется в животных тканях. Здесь мы описываем методы расследования ex vivo сокращений человека миометрия, полученные от операции, которые могут быть использованы для решения ряда важных вопросов связанных с матки физиологии и патологии, а также для проверки функциональных реакций для известных и новых фармакологических агентов для разработки лекарственных препаратов. В частности мы подчеркиваем использования этот assay расследовать антагонистических ответ известный OTR и V1aR конкурентным антагонистом, атозибан на OT-индуцированной беременных миометрия схватки, а также определять ответ и рецептор избирательность недавно разработанных селективный антагонист1aR V, [D-Arg8] INT. Мы демонстрируем, что важные фармакокинетические параметры, такие как ЕС50 и IC50 может быть рассчитана, которые привести в соответствие с данными на основе ячеек фармакологии.
Одновременное использование нескольких полос позволяет для прямого сравнения нескольких агента эффекты, конкуренции эксперименты с антагонистами и надлежащего времени и транспортного средства контроля. Как часто полоски готовы в группах по 2, 4 или 8, эта технология обеспечивает умеренный пропускную способность, позволяя тестирование соединения 2-4 на 6 – 8 (нарастающим итогом) концентрации (за биопсия). Этот метод также предоставляет данные в реальном времени, так что можно быстро оценить последствия и протоколы могут быть скорректированы. Кроме того этот метод может использоваться для проверки любых химических соединениях интерес и успешно используется ряд исследовательских групп сосредоточена на физиологии миометрия и в лекарственных препаратах. Помимо анализа чистых соединений, как описано в этом документе, модель сократительной способности матки был также и может быть успешно использован для экрана для Роман утеротоника соединений из смеси, такие как лекарственные препараты от традиционной медицины7 , 55 , 56.
Хотя эта модель является технически надежной и показывает хорошую воспроизводимость, она имеет некоторые ограничения: рассечение может быть трудным для тех, кто незнаком с ткани или с использованием оборудования рассечение, следовательно новым пользователям потребуется некоторое время для оптимизации ткани подготовка и протоколы. Следует также отметить, что этого человека миометрия значительно отличается по внешнему виду другие модели, такие как крысы и мыши. Большинство грызунов матки состоят из двух ламповую маточные рожки, каждый в комплекте с яичника на одном конце и вступил на шейке матки. Каждый Рог четко определены продольных и круговой мышцы слоев, которые могут быть легко разделены на вскрытие хотя волокна разных типов в человека миометрия часто взаимосвязаны, формируя сетку». Кроме того сокращение профили человека миометрия очень отличается от грызунов. Прежде всего сужения в человека миометрия реже, но больше в продолжительности. Экспериментальный сроки для работы с человека миометрия, поэтому часто гораздо дольше, чем грызунов модели. Различия в экспрессии рецепторов между видами может также способствовать весьма заметные различия в ответах агонисты и это следует иметь в виду, если экстраполировать результаты различных видов.
Есть также количество шагов, которые необходимо рассмотреть для максимального выхода из этой системы. Важнейшие шаги включают в себя сохранение жизнеспособности тканей как забота при обработке тканей, чтобы избежать любого ненужного ущерба во время вскрытия или при монтаже. Опытный глаз обязан вскрыть тонкой полоски мышцы матки, гарантируя ориентации мышечных волокон в продольном направлении и после плоскости ткани, а также избегая рубцовой ткани, Европейская и малых судов. Для облегчения ориентации целей после образца в лаборатории, можно добавить тег (например, небольшие хирургические строчка) во время сбора в одну сторону биопсии разграничить серозных края от децидуальной края.
Ткани должны храниться в устойчивый 36-37 ° C во время экспериментов, как функции тканей наблюдаются перепады температуры. Это может быть достигнуто с надежной кондиционера в лаборатории. Постоянное перфузии утепленные PSS гарантирует, что температура поддерживается а также смыва из отходов от сжатия. Температура в пределах органа ванны может быть изменено путем изменения скорости потока или корректировка ванны температура воды непосредственно. Размер ванночка, по сравнению с традиционными 5-50 мл бани обеспечивает относительно быстрый оборот PSS и размыва реагентов. Миниатюрный орган баня как описано здесь, также уменьшает объем PSS и реагенты интереса необходимо, таким образом минимизируя затраты и избавления драгоценных, недавно разработанных химических веществ. Кроме того благодаря ванночка размер и с помощью буфера на основе HEPES, эта система не требует оксигенации например, восходящей PSS с Карбоген. Важно также стандартизация напряженности, применяется к полоски. Для прокладки размеров (5 x 2 x 1 мм) это должно быть около 2 млн (эквивалент ~0.2 g). Альтернативные методы включают применение решения высоким содержанием калия побудить максимального сжатия и растяжения до половины этого максимального сокращения. Однако следует отметить, что напряженность применяется в естественных условиях могут отличаться.
Основные задачи включают в себя получение тканей от человеческих субъектов, но хотя налогообложение, тканях человека явно представляют собой наиболее физиологически соответствующие (и полезным) модель для изучения сокращения матки в человеческих болезней и наркотиков discovery. Изолированные ткани, которую полоски однако, не обязательно означает ткани в естественных условиях как они освобождаются, например, от гормональной и нервной ввода, который, хотя и не существенно для сжатия, будут модулировать схватки в естественных условиях. Однако этот assay предоставляет возможность анализа сокращения миометрия контролируемым образом, отделены от таких воздействий. Она также позволяет для влияния таких факторов, как гормональный контроль сжатия (например, через OT, вице-президент, простагландинов и т.д.) должны расследоваться, предоставляя ключи для регулирования функции миометрия. Как тканей получаются из разных женщин, естественно есть некоторые различия в спонтанной сократительной профилей между образцами. Поэтому часто бывает необходимо проводить эксперименты на большом количестве (~ n = 10) образцов, чтобы свести к минимуму различия в некоторых наборах данных53. Это особенно важно при сравнении сократительной активности между различными группами пациентов. Нормализующее ответ агонисты и антагонисты контролировать деятельность (т.е., выражая как процент от деятельности управления или высокий K+) уменьшает некоторые из этой вариации. Кроме того чтобы уменьшить различия между газа, данные могут быть нормированы Стрип площади поперечного сечения путем измерения их длина и вес пост экспериментов41. Это особенно полезно при сравнении сокращение шаблонов между различными группами пациентов.
Ограничения этой техники также включают доступ к свежие ткани, которая требует хорошие рабочие отношения с сотрудниками больницы, особенно театр сотрудников и тех, кто участвует в процессе согласия. Этические разрешения от местных Комитет по этике исследований и Институт или больницу Наблюдательный Совет также должны быть на месте. Коллекции человека миометрия чаще всего выполняется во время родов CS, когда донор претерпевает хирургии. Биопсия берется из того же сайта разреза матки, сделал для доставки ребенка и поэтому пациент не нужно проходить любые дальнейшие дополнительные процедуры. Сотрудники театра и хирурга выполнения биопсии должны быть осведомлены о последующего использования тканей, и что они не должны быть помещены в фиксирующие решения таких как для отправки в отделение патологии. Долго экспериментальной намечено еще одно соображение. Эксперименты с тканями человека занять много часов (обычно > 6 ч) (в отличие от 2-3 ч для аналогичный эксперимент в мыши или крысы матки), ввиду медленнее частота сужением и 2-3 h лаг времени между ткани монтаж и создание спонтанной схватки. Однако, как мы показали, схватки тканей человека являются надежными и когда могут контракта для многих часов без значительных усталость40.
Эта система также позволяет преодолевать включая возможность проверить фармацевтических реагентов на беременных ткани другие трудности в естественных условиях работы. Этот метод можно легко экстраполировать на другие виды, включая мышь, whereby первые результаты могут быть подтверждены прежде чем далее в целом животных исследования. Контролируемые изменения температуры, состава superfusate (PSS) и рН можно сделать легко имитировать различные сценарии в естественных условиях и проанализировать влияние этих изменений на составные поведение. Основные принципы измерения изометрическое напряжение в миометрия полос также может быть расширен для одновременного изменения внутриклеточной концентрации кальция или рН измерения с использованием флуоресцентных Ca или показателей рН (H+) и оборудования для обнаружения и запись флуоресценции57,,5859,60.
В целом, человека миометрия представляет собой надежный и физиологически соответствующие модель характеризуют и проверить роман терапевтических соединений в лекарственных препаратах — чистого соединения и смеси. Мы предоставили примеры его использования в лекарственных препаратах по системе OT/VP и сосредоточены на OTR и V1R антагонисты, чтобы показать, как эта модель может использоваться для определения составных эффективность и потенции на определенные цели и проверки лигандом избирательности. Однако это следует иметь в виду, что этот метод может использоваться для изучения любой цели интерес или путь, ведущий к сокращения миометрия (или релаксации), а также помощи лекарств новых целей и путей и углублению нашего понимания миометрия физиологии и патофизиологии.
The authors have nothing to disclose.
Это исследование было поддержано Австрийский фонд науки (FWF) в рамках проекта I3243 и Совет европейских исследований (ERC) под Европейского союза Horizon 2020 программы научных исследований и инноваций (грантовое соглашение No 714366). РГС поддержала Австралийский исследовательский совет (ARC) будущее стипендий (FT140100730) и мм дуга обнаружения ранней карьеры исследователь (ПОЛУПРОЗРАЧНЫЕ) стипендий (DE150100784). SA поддерживается Харрис-благополучие преждевременных рождения исследовательский центр Грант в ведении благополучия женщин, Великобритания.
Origin software | Origin Lab | 2015 version | |
Labscribe Software | WPI | Formally Datatrax | |
GraphPad Prism graphical software | GraphPad Prism | PRISM 5 | |
LabTrax 4-Channel Data Acquisition | WPI | LAB-TRAX-4 | |
Transbridge Transducer Amplifier | WPI | SYS-TBM4M | |
Force-displacement Transducer | WPI | FORT10g | 10 g |
BNC to BNC Cable | WPI | 500184 | |
Magnetic Clamp stand | WPI | M10 | |
Micrometer | Reconditioned from microscopes | ||
Peristaltic pump | Gilson | MINIPULS3 | R4 Standard pump head |
Suction pumps | Various | AP2 air pump | |
Circulating Water bath | Grant Instruments | TC120 | 5L |
Perspex Tissue Bath | Custom made | ||
Water reservoir container | the reallyusefulbox | 7L | |
Tissue Hooks (fixed) | Hand made in house | ||
Peristaltic tubing | Gilson | F117948 | PVC 2.79 mm internal diameter |
Tygon Tubing | Fisher Scientific | various diameters | R-3603 |
Aluminium clips | Laser services, USA | custom made | |
Stereo Zoom binocular microscope | WPI | PZMIV | |
Microscope Fiber-optic Light Source | WPI | PHOTONIC PL 2000 | |
Dissecting Dishes | Handmade with Sylgard | ||
Sylgard Silicone Elastomer kit | Dow Corning | Sylgard 170 Kit | |
Vannas Scissors | WPI | 50086 | 8.5 cm, straight edge |
Iris Forceps | WPI | 15914 | 10 cm, straight edge (serrated) |
Dissecting scissors | WPI | 14393 | 10 cm, straight |
Dissecting pins | SIGMA | Z192341 | B-D precision guide syringe needle 30G |
HBSS | SIGMA | H9269 | |
Physiological Salt Solution | SIGMA | various | PSS |
Oxytocin acetate salt | SIGMA | O6379 | |
[Arg8]-vasopressin acetate salt | SIGMA | V9879 |