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機械的条件付けを心臓の安全性評価のためのハイスループット収縮力アッセイに統合する
Integration of mechanical conditioning into a high throughput contractility assay for cardiac safety assessment.
PMID: 32629160 DOI: 10.1016/j.vascn.2020.106892.
抄録
誘導:
ヒト誘導多能性幹細胞由来心筋細胞（hiPSC-CMs）の安全性薬理学的な受容性が高まっているにもかかわらず、既存のin vitroモデルの機械的試験に対する生理学的な妥当性については議論が残っている。我々は、既存の細胞モデルの未熟さの兆候は、不適切な機械的環境に起因していると仮説を立てた。本研究では、強心作用および／または心毒性を有することが知られている薬理学的化合物に対する hiPSC-CMs の生理学的応答に関して、新たに開発された FLEXcyte96 技術を検証することを目的とした。
INDUCTION: Despite increasing acceptance of human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs) in safety pharmacology, controversy remains about the physiological relevance of existing in vitro models for their mechanical testing. We hypothesize that existing signs of immaturity of the cell models result from an improper mechanical environment. With the presented study, we aimed at validating the newly developed FLEXcyte96 technology with respect to physiological responses of hiPSC-CMs to pharmacological compounds with known inotropic and/or cardiotoxic effects.
方法:
hiPSC-CMは、本来の機械的環境を模した超弾性シリコーン膜上で96ウェル培養した。心筋細胞の収縮力は、細胞-膜バイオハイブリッドの容量性変位センシングを応用して非接触で測定した。また、異なる作用機序を持つ正の強心性化合物の急性効果を調べた。さらに、チロシンキナーゼ阻害剤とアントラサイクリン系薬剤の心毒性効果を、最大5日間の繰り返し曝露中に反復的に調べた。
METHODS: hiPSC-CMs were cultured in a 96-well format on hyperelastic silicone membranes imitating their native mechanical environment. Cardiomyocyte contractility was measured contact-free by application of capacitive displacement sensing of the cell-membrane biohybrids. Acute effects of positive inotropic compounds with distinct mechanisms of action were examined. Additionally, cardiotoxic effects of tyrosine kinase inhibitors and anthracyclines were repetitively examined during repeated exposure to drug concentrations for up to 5 days.
結果:
バイオミメティック膜上で増殖させたhiPSC-CMは、イソプロテレノール、S-Bay K8644、オメカムチブメカルビルに対して、追加の刺激を必要とせずに収縮力応答の増加を示した。チロシンキナーゼ阻害剤エルロチニブ、バンデタニブ、ニロチニブ、ゲフィチニブ、A-674563、およびアントラサイクリン系イダルビシンは、負の強心性および催不整脈イベントの誘発を含む、期待される心毒性効果を示した。
RESULTS: hiPSC-CMs grown on biomimetic membranes displayed increased contractility responses to isoproterenol, S-Bay K8644 and omecamtiv mecarbil without the need for additional stimulation. Tyrosine kinase inhibitor erlotinib, vandetanib, nilotinib, gefitinib, A-674563 as well as anthracycline idarubicin showed the expected cardiotoxic effects, including negative inotropy and induction of proarrhythmic events.
DISCUSSION:
我々は、FLEXcyte 96 システムは、インビトロ心臓収縮力研究のための信頼性の高いハイスループットツールであり、ヒトの心臓組織の本来の環境に類似した生理学的条件で得られたデータをユーザーに提供すると結論付けた。急性および亜慢性的な化合物投与で得られた結果は、ヒトにおけるそれぞれの生理学的反応と一致していることを示した。
DISCUSSION: We conclude that the FLEXcyte 96 system is a reliable high throughput tool for invitro cardiac contractility research, providing the user with data obtained under physiological conditions which resemble the native environment of human heart tissue. We showed that the results obtained for both acute and sub-chronic compound administration are consistent with the respective physiological responses in humans.
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