Automated Analysis Contrazione di ingegneria dei tessuti umani Cuore per lo screening cardiaco Drug Safety

Summary

Qui mostriamo la generazione di tessuto cardiaco ingegnerizzato umano da cellule staminali pluripotenti indotte (hiPSC) -derived cardiomiociti. Presentiamo un metodo per analizzare forza di contrazione e l'alterazione esemplare del modello di contrazione dal hERG inibitore canale E-4031. Questo metodo mostra elevato livello di resistenza e affidabilità screening di farmaci cardiaco.

Abstract

ingegneria tessuto cardiaco descrive tecniche per costituire tre tessuti ingegnerizzati genera forza dimensionali. Per l'attuazione di queste procedure in ricerca di base e lo sviluppo di farmaci preclinico, è importante sviluppare protocolli per la generazione e l'analisi automatizzata in condizioni standardizzate. Qui, presentiamo una tecnica per generare tessuto cardiaco Engineered (EHT) da cardiomiociti di specie differenti (ratto, topo, umane). La tecnica si basa sul complesso di fibrina gel contenente cardiomiociti dissociate tra polidimetilsilossano elastico (PDMS) posti in un formato a 24 pozzetti. Tridimensionali, EHTs forza generatrice costituiscono entro due settimane dopo la fusione. Questo procedimento consente la generazione di diverse centinaia EHTs settimana ed è tecnicamente limitato solo dalla disponibilità di cardiomiociti (0,4-1,0 x 10 ⁶ / EHT). Valutazione delle contrazioni muscolari auxotonic viene eseguita in una camera di incubazione modificato con un meccaninterblocco ical per piastre da 24 pozzetti ed una telecamera posta sulla parte superiore di questa camera. Un software controlla una videocamera spostata su un sistema di assi XYZ a ciascun EHT. contrazioni EHT vengono rilevati da un algoritmo automatizzato figura riconoscimento, e la forza è calcolata sulla base accorciamento del EHT e la propensione elastica e geometria dei posti PDMS. Questa procedura permette di analisi automatica di un numero elevato di EHT in condizioni standardizzate e sterili. La rilevazione affidabile degli effetti della droga su cardiomiociti contrazione è cruciale per lo sviluppo di farmaci cardiaco e sicurezza farmacologica. Noi dimostriamo, con l'esempio della hERG inibitore canale E-4031, che il sistema EHT umano replica risposte farmacologiche sulla cinetica di contrazione del cuore umano, indicando che sia uno strumento promettente per lo screening sicurezza dei farmaci cardiaca.

Introduction

effetti collaterali cardiaci, come la sindrome del QT lungo indotta da farmaci hanno portato a ritiri dal mercato negli ultimi anni. Le statistiche indicano che circa il 45% di tutti i prelievi sono causa di effetti indesiderati sul sistema cardiovascolare ^1. Questo fallimento della droga dopo il costoso processo di sviluppo e approvazione è lo scenario peggiore per le aziende farmaceutiche. reparti di ricerca e sviluppo, pertanto si concentrano sul rilevamento di tali effetti cardiovascolari indesiderati nella fase iniziale. Per preoccupazioni economiche ed etiche, gli sforzi per ridurre gli esperimenti sugli animali e sostituirli con nuovi t....

Protocol

NOTA: I seguenti passaggi descrivono un protocollo di coltura cellulare. Si prega di eseguire in condizioni sterili e utilizzare i media pre-riscaldato.

1. cardiaco Differenziazione dei hiPSC

1. Coltivare la hiPSC
   1. Piastre cappotto 6 pozzetti (1 ml / pozzetto) o fiasche T75 (7 mL / fiasco) a matrice della membrana basale ridotto fattore di crescita (es geltrex, 1: 200; vedi tabella dei materiali) diluito in terreno Eagle modificato da Dulbecco (DMEM).......

Discussion

tessuto cardiaco ingegnerizzato offre una valida opzione per la cassetta degli attrezzi della ricerca cardiovascolare. EHTs nel formato a 24 pozzetti sono dimostrati utili per malattia modellazione ^{8, 14,} della sicurezza del farmaco ^{7, 8, 10, 11, 15,} o ricerca cardiovascolare di base

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
EHT analysis intrument	EHT Technologies GmbH	A0001	Software is included
EHT PDMS rack	EHT Technologies GmbH	C0001
EHT PTFE spacer	EHT Technologies GmbH	C0002
EHT electrode	EHT Technologies GmbH	P0001
EHT pacing adapter/cable	EHT Technologies GmbH	P0002
24-well-plate	Nunc	144530
6 well-cell culture plate	Nunc	140675
15 ml falcon tube, graduated	Sarstedt	62,554,502
Cell scraper	Sarstedt	831,830
Spinner flask	Integra	182 101
Stirrer Variomag/ Cimarec Biosystem Direct	Thermo scientific	70101	Adjust rotor speed to 40 rpm
T175 cell culture flask	Sarstedt	831,812,002
V-shaped sedimentation rack	Custom made at UKE Hamburg	na
10× DMEM	Gibco	52100
1-Thioglycerol	Sigma Aldrich	M6145
2-Phospho-L-ascorbic acid trisodium salt	Sigma Aldrich	49752
Activin-A	R&D systems	338-AC
Agarose	Invitrogen	15510-019
Aprotinin	Sigma Aldrich	A1153
Aqua ad injectabilia	Baxter GmbH	1428
B27 PLUS insulin	Gibco	17504-044
BMP-4	R&D systems	314-BP
Collagenase II	Worthington	LS004176
DMEM	Biochrom	F0415
DMSO	Sigma Aldrich	D4540
DNase II, type V (from bovine spleen)	Sigma	D8764
Dorsomorphin	abcam	ab120843
EDTA	Roth	8043.2
Fetal calf serum	Gibco	10437028
FGF2	Miltenyi Biotec	130-104-921
Fibrinogen (bovine)	Sigma Aldrich	F8630
Geltrex	Gibco	A1413302	For coating: 1:200 dilution
HBSS w/o Ca2+/Mg2+	Gibco	14175-053
HEPES	Roth	9105.4
Horse serum	Life technologies	26050088
Human serum albumin	Biological Industries	05-720-1B
Insulin, human	Sigma Aldrich	I9278
L-Glutamin	Gibco	25030-024
Lipidmix	Sigma Aldrich	L5146
Matrigel	BD Biosciences	354234	For EHT reconsitutionmix.
N-Benzyl-p-Toluenesulfonamide	TCI	B3082-25G
PBS w/o MgCl2/CaCl2	Biochrom	14190
Penicillin/Streptomycin	Gibco	15140
Pluronic F-127	Sigma Aldrich	P2443
Polyvinyl alcohol	Sigma Aldrich	P8136
RPMI 1640	Gibco	21875
Sodium selenite	Sigma Aldrich	S5261
TGFß1	Peprotech	100-21
Thrombin	Sigma Aldrich	T7513
Transferrin	Sigma Aldrich	T8158
Y-27632	Biorbyt	orb6014
hiPSC	Custom made at UKE hamburg	na
iCell cardiomyocytes kit	Cellular Dynamics International	CMC-100-010-001
Pluricyte cardiomyocyte kit	Pluriomics	PCK-1.5
Cor.4U - HiPSC cardiomyocytes kit	Axiogenesis AG	Ax-C-HC02-FR3
Cellartis cardiomyocytes	Takara Bio USA, Inc.	Y10075