Heart-on-a-Chip公布

处方药与慢性病使数以百万计的美国人活得更长和更有意义的生活,但许多有前途的新药都没能进入人体试验阶段由于潜在的心脏毒性。

通过“heart-on-a-chip”技术——建模人类心脏在一个芯片设计和测量的影响复合暴露在心脏组织的功能使用微电极,劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)研究人员希望减少新药试验所需的时间,确保潜在拯救生命的药物安全有效,同时减少对人类和动物测试的需要。实验室的研究的部分iCHIP(体外人类临床实验的芯片平台)项目,复制人类系统设计平台上测试有毒化学和生物物质的影响。

电信号的研究描述了成功的记录,从正常的人类细胞跳动的心脏细胞生长在一个多极阵列开发实验室。它是第一个设计,据研究人员介绍,能够同时映射电生理学和收缩频率的细胞。

“这个平台允许您做大规模筛选药物和预测其对心脏的影响,“说iCHIP首席研究员伊丽莎白·惠勒。“这项研究让我们衡量心脏的两个函数,收缩和电生理学,第一次。还有我们需要验证和数据,但最终会让我们减少动物试验的必要性。”

研究人员说的能力来记录这两个函数制药公司将是有用的,因为它可以提醒药品制造商在过程的早期心脏问题引起的药物在进入临床试验阶段。新药毒性是一个频繁的副作用很多,常常导致最终的失败。其他常见处方药物,如化疗药物,也已知cardiotoxic。研究使用核心芯片可以提供实验药物如何工作的信息,以便新化合物设计可以避免这些陷阱。

“心脏问题可以引起很多不同的原因,“LLNL研究员方钱,说论文的第一作者。“这可能是由于整个心脏电信号传导异常(如心律失常),或心脏肌肉收缩力减弱(如心肌病),或两者兼而有之。一个平台,只有读取一个函数不能告诉我们什么是错的。”

“heart-on-a-chip”,构建了先前成功iCHIP研究周边和中枢神经系统,包括人类心肌细胞培养的使用长达九天的芯片设计。令人惊讶的是,这些细胞自发的,成长为一个二维心脏组织合同或开始“击败”经过两天的文化。组织暴露于去甲肾上腺素,一种兴奋剂药物用于治疗低血压和心脏衰竭,电信号和殴打的细胞增加,类似于体内会发生什么。

“心跳”测量使用的变化高度敏感电极的微电极阵列。研究人员得出结论这个平台可以准确和无创性测量心脏组织的生长,同时电生理学和心跳和实时。

平台的“真正的力量是能够测量心脏的电气和机械两方面同时,“Kulp LLNL研究员克里斯说。“化学物质之一,我们用于验证平台是将电信号从细胞跳动。当细胞暴露在这种化合物,电信号通常持续,但细胞停止萎缩。成功开发新药物,我们需要知道的全谱的影响,他们可以对细胞功能。”

最具挑战性的部分细胞增长,据LLNL曹国伟黄博士后研究员,看着不同的细胞播种密度找到一个,活着的时间足够长,并能显著地合同,类似于人类所期望的回应。安娜Ivanovskaya LLNL研究员,从事该电路建模和工程,选择正确的几何表示芯片也很困难,因为布局影响电信号。Ivanovskaya说她的团队测试了四种不同的修改电极阵列在解决正确的。

LLNL科学家相信与验证,一个可靠的heart-on-a-chip平台可以用来克服一些新药测试的局限性,并提供一个综合评价心脏功能的医疗对策和药物开发。他们谨慎,然而,这需要更多的测试。

“高通量,高含量筛查测试许多药物可以同时获取大量的数据,”他说。“这是惊人的多少钱和时间参与毒品市场。这可以加快这一进程。”

这篇文章被转载材料所提供的劳伦斯利弗莫尔国家实验室。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。

参考:

钱,F。黄,C。林,Y。Ivanovskaya, a . N。奥哈拉,t·J。布斯,r . H。,。e·k·惠勒(2017)。同时电子芯片记录心脏电生理学和收缩。芯片实验室。doi: 10.1039 / c7lc00210f