Los medicamentos recetados han permitido a millones de estadounidenses con afecciones médicas crónicas vivir vidas más largas y más satisfactorias, pero muchos medicamentos nuevos prometedores nunca llegan a la etapa de ensayos en humanos debido al potencial de toxicidad cardíaca.
a través de la tecnología "corazón en un chip" - modelando un corazón humano en un chip diseñado y midiendo los efectos de la exposición compuesta en las funciones del tejido cardíaco usando microelectrodos - los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore esperan disminuir el tiempo necesariopara nuevos ensayos farmacológicos y garantizar que los medicamentos que salvan vidas sean seguros y efectivos, al tiempo que reduce la necesidad de pruebas en humanos y animales. La investigación fue parte del proyecto iCHIP plataforma de investigación humana basada en chips in vitro del laboratorio, que reprodujo sistemas humanos en ingenieríaplataformas para probar los efectos de compuestos químicos y biológicos tóxicos.
La investigación, publicada en línea el 18 de abril en Laboratorio en un chip y aparece en la portada interior de la próxima versión impresa de la revista, describe la grabación exitosa de señales eléctricas y latidos celulares de células cardíacas humanas normales cultivadas en una matriz de electrodos múltiples desarrollada en el Laboratorio. Es el primer diseño, segúna los investigadores, capaces de mapear simultáneamente tanto la electrofisiología como la frecuencia de contracción de las células.
"Esta plataforma le permite realizar exámenes de alto rendimiento de medicamentos farmacéuticos y predecir sus efectos sobre el corazón", dijo la investigadora principal de iCHIP, Elizabeth Wheeler. "Esta investigación nos permite medir dos funciones del corazón, la contracción y la electrofisiología, parala primera vez. Todavía hay validación y datos que necesitamos, pero eventualmente nos permitiría reducir la necesidad de pruebas en animales ".
Los investigadores dijeron que la capacidad de registrar esas dos funciones sería útil para las compañías farmacéuticas porque podría alertar a los fabricantes de medicamentos sobre los problemas cardíacos causados por un medicamento al principio del proceso antes de llegar a la etapa de ensayo clínico. La cardiotoxicidad es un efecto secundario frecuente de muchos nuevosmedicamentos y, a menudo, contribuyen a su fracaso final. También se sabe que otros medicamentos recetados con frecuencia, como los agentes de quimioterapia, son cardiotóxicos. La investigación con el chip del corazón podría proporcionar información experimental sobre cómo funcionan los medicamentos para que los nuevos compuestos puedan diseñarse para evitarlos.trampas
"Los problemas cardíacos pueden ser causados por muchas razones diferentes", dijo el investigador de LLNL, Fang Qian, autor principal del artículo. "Podría deberse a una conducción anormal de la señal eléctrica en todo el corazón como arritmia o una fuerza de contracción debilitadade los músculos del corazón como la miocardiopatía, o ambos. Una plataforma que solo lee una sola función no puede decirnos exactamente qué está mal ".
El "corazón en un chip", que se basa en investigaciones previas exitosas de iCHIP sobre los sistemas nervioso periférico y central, implica el uso de células cardíacas humanas cultivadas durante hasta nueve días en el chip diseñado. Sorprendentemente, estas célulasnatural y espontáneamente se convierte en un tejido cardíaco bidimensional que se contrae o comienza a "latir" después de dos días en cultivo. El tejido fue expuesto a la noradrenalina, un medicamento estimulante utilizado para tratar la presión arterial baja y la insuficiencia cardíaca, y tanto la señal eléctricay la paliza aumentó en las células, similar a lo que sucedería en el cuerpo.
El cambio en la "frecuencia cardíaca" se midió utilizando electrodos altamente sensibles en la matriz de microelectrodos. Los investigadores concluyeron que la plataforma podía medir de manera precisa y no invasiva el crecimiento del tejido cardíaco, la electrofisiología y los latidos cardíacos simultáneamente y en tiempo real.
"La verdadera fuerza de la plataforma es poder medir los aspectos eléctricos y mecánicos del corazón al mismo tiempo", dijo el investigador de LLNL Kris Kulp. "Uno de los químicos que utilizamos para validar la plataforma en realidad desacopla elseñal eléctrica del latido celular. Cuando las células se expusieron a este compuesto, las señales eléctricas continuaron normalmente, pero las células dejaron de contraerse. Para desarrollar con éxito nuevos fármacos, necesitamos conocer el espectro completo de efectos que pueden tener sobre la función celular"
La parte más desafiante del crecimiento de las células, según el investigador postdoctoral de LLNL, Chao Huang, fue observar diferentes densidades de siembra de células para encontrar una que se mantuviera viva el tiempo suficiente y pudiera contraerse y responder de manera medible a lo que se esperaríaen humanos. La investigadora de LLNL Anna Ivanovskaya, que trabajó en el modelado e ingeniería de circuitos, dijo que elegir la geometría correcta para el chip también fue difícil porque el diseño influye en la señal eléctrica. Ivanovskaya dijo que ella y el equipo probaron cuatro modificaciones diferentes de la matriz de electrodosantes de decidirse por la correcta.
Los científicos de LLNL creen que con la validación, una plataforma confiable de corazón en chip podría usarse para superar algunas de las limitaciones de las pruebas de drogas nuevas y proporcionar una evaluación integral del funcionamiento del corazón en la contramedida médica y el desarrollo de drogas. Sin embargo, advierten, que se necesitan más pruebas.
"Con la detección de alto rendimiento y alto contenido, puede probar muchos medicamentos al mismo tiempo y obtener una gran cantidad de datos a la vez", dijo Qian. "Es asombroso cuánto dinero y tiempo se necesita para llevar medicamentos al mercado".. Esto podría acelerar el proceso "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional Lawrence Livermore . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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