Análisis automatizado contracción de ingeniería tisular para la Detección del Corazón Humano cardíaca Drug Safety

Summary

Aquí, se muestra la generación de tejido del corazón ingeniería humana a partir de células madre pluripotentes inducidas (hiPSC) derivada de los cardiomiocitos. Se presenta un método para analizar la fuerza de contracción y la alteración ejemplar de patrón de contracción por el hERG inhibidor del canal E-4031. Este método muestra alto nivel de robustez y la idoneidad para la detección de drogas cardíaco.

Abstract

la ingeniería de tejidos cardíaco describe técnicas para constituir tres tejidos de ingeniería dimensionales generadores de fuerza. Para la aplicación de estos procedimientos en la investigación básica y el desarrollo preclínico de fármacos, es importante desarrollar protocolos para la generación y el análisis automatizado bajo condiciones estandarizadas. A continuación, presentamos una técnica para generar tejido del corazón diseñados (EHT) de los cardiomiocitos de diferentes especies (rata, ratón, humano). La técnica se basa en el montaje de una fibrina-gel que contiene cardiomiocitos disociados entre polidimetilsiloxano elástico (PDMS) mensajes en un formato de 24 pocillos. Tridimensionales, técnicos en salud ambiental de generación de fuerza constituyen un plazo de dos semanas después de la fundición. Este procedimiento permite la generación de varios cientos de técnicos en salud ambiental por semana y es técnicamente limitado sólo por la disponibilidad de los cardiomiocitos (0,4-1,0 x 10 ⁶ / EHT). Evaluación de las contracciones musculares auxotonic se realiza en una cámara de incubación modificado con un mechanenclavamiento ical para placas de 24 pocillos y una cámara colocada en la parte superior de esta cámara. Un software controla una cámara se movió en un sistema de ejes XYZ a cada EHT. contracciones EHT son detectadas por un algoritmo de reconocimiento de la figura automatizado, y la fuerza se calcula sobre la base de acortamiento de la EHT y la propensión elástica y la geometría de los puestos de PDMS. Este procedimiento permite el análisis automatizado de alto número de EHT bajo condiciones estandarizadas y estériles. La detección fiable de efectos del fármaco sobre la contracción de los cardiomiocitos es crucial para el desarrollo de fármacos cardíaco y farmacología de seguridad. Demostramos, con el ejemplo del inhibidor del canal hERG E-4031, que el sistema de EHT humana replica las respuestas de drogas sobre la cinética de contracción del corazón humano, lo que indica que es una herramienta prometedora para la detección de la seguridad del fármaco cardiaco.

Introduction

efectos secundarios cardiacos como el síndrome de QT largo inducido por fármacos han dado lugar a las retiradas del mercado en los últimos años. Las estadísticas indican que alrededor del 45% de todas las extracciones son debido a los efectos no deseados sobre el sistema cardiovascular ^1. Este fracaso de drogas después de que el proceso de desarrollo y aprobación caro es el peor de los casos para las compañías farmacéuticas. Por lo tanto, los departamentos de investigación y desarrollo se centran en la detección de tales efectos cardiovasculares no deseados desde el principio. Por razones económicas y éticas, los esfuerzos para reducir los exp....

Protocol

NOTA: Los pasos siguientes describen un protocolo de cultivo de células. Por favor, realice en condiciones estériles y usar los medios pre-calentado.

1. cardiaca diferenciación de hiPSC

1. Cultivar la hiPSC
   1. Recubrir placas de 6 pocillos (1 ml / pocillo) o matraces T75 (7 ml / matraz) con matriz de membrana basal reducida del factor de crecimiento (por ejemplo geltrex, 1: 200; véase la tabla de materiales) diluido en medio Eagle modificado de Dul.......

Discussion

tejido cardíaco ingeniería ofrece una opción valiosa para la caja de herramientas de la investigación cardiovascular. Técnicos en salud ambiental en el formato de 24 pocillos han demostrado valiosa para el modelado de la enfermedad ^{8, 14,} Presentación de seguridad de medicamentos ^{7, 8, 10, 11, 15,}

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