חוסר יעילות של בטיחות לב בפיתוח תרופות

רעילות קרדיווסקולרית נותרה גורם מוביל לדלקת תרופות במהלך התפתחות קדם-קלינית ונסיגת לאחר השוק. בין תופעות לוואי לב, הפרעות לקצב לב רגיל & mdash; הידוע בשם arrhythmias & mdash; נניח כמה מהסיכונים החמורים ביותר, כולל תנאים קטלניים כגון Torsades de Pointes.היכולת לחזות במדויק כיצד סוכן תרופותרפיסטולוגי חדש ישפיע על צוואר הרחם אינו רק בדיקת אבטחה בסיסית.

כדי לעמוד באתגרים אלה, החוקרים פיתחו ארסנל מקביל של מודלים פיזיולוגיים, כל אחד מציע נקודת תצפית ייחודית על אינטראקציות לב סמים.מערכות אלה נעות מן הפשטות ההפחתה של ערוצי יון מבודדים למורכבות המשולבת של הלב הפועם באורגניזם חי. בחירת ופרש את המודל המתאים הוא החלטה מדעית קריטית המעצבת את מסלול גילוי הסמים, החל מפגיעה מוקדמת דרך זיהוי מוקדם ועד לסיבת תוקף קליני.

מאמר זה מספק בדיקה סמכותית, מעמיקת של המודלים הפיזיולוגיים המשמשים לחקור את ההשפעות של סוכנים פרמקוולוגיים על קצב הלב.We לחקור את המתודולוגיות הספציפיות, את התובנות הייחודיות שכל מודל מספק, את המגבלות הטבוונות שלהם, ואת הטכנולוגיות המתעוררות המכוונים להגדיר מחדש את תקן של הערכת בטיחות הלב.

יסודות של cardiac Electrophyology: The Targetנוף

לפני ההתבוננות במודלים עצמם, חיוני להבין את תת-התחרר הביולוגי הם נועדו לחקור. פעימות הלב האנושי מוקרן על ידי רצף כוריאוגרפיה בדיוק של אירועים חשמליים.פוטנציאל פעולה זה נוצר ומוצף על ידי הפתיחה המתואם וסגירה של ערוצי יון ו-mdash; חלבונים במזכר התא כי התנהגות סלקטיבית, סידן, אשלגן, אשלגן.

פוטנציאל הפעולה הלבלב יכול להיות שבור לתוך חמישה שלבים (0 עד 4) שלב 0, הדפולציה המהירה, מונע על ידי זרם של נתרן באמצעות ערוצי נתרן ממונעים (בעיקר Nav1.5).שלב 1 הוא שלב קלקולציה קצר (שלב 2, שלב 2, שלב, הוא איזון עדין בין זרמי סידן פנימי) (Cav, L-type) ו-Alreamtraretraretrading) הוא מספר ערוצים במהירות של אשלגן (Dretrampcret) על ידי מפעילת שלב 2.

(FLT:0) הפרעה מתודולוגית של כל הערוצים האלה יכולה להיות השלכות עמוקות.Freave:1 חסימת ה- hERG (human Ether- & Agrave;-go-Related Gene) ערוץ אשלגן, למשל, להאריך את מרווח QT באלקטרוקרדיגרמה, ביומרקר הקשור בחריפות לסיכון מוגבר של חיים-הרמיהמיסמיית' היא הפירוש הפיזיולוגי שתיארתי את המתודולוגי של הפרשנות המתודולוגית של ה-ה.

טיר 1: מולקולארי ומודלים סלולריים

מערכות ביטוי לוגיות (Ion Channel Assays)

ברמה ההפחתה ביותר, החוקרים יכולים ללמוד את ההשפעה של תרופה על סוג אחד של ערוץ יון על ידי הבעת גן הערוץ בקו תאים לא-קריב, כגון כליות העוברית האנושית (HEK293) תאים או תאים סיניים של סובארי (CHO). אלה מערכות ביטוי heterologous מבטלות את המורכבות של הסביבה התאית, ומאפשרות הערכה טהורה, גבוהה של אינטראקציות סמים.

המתודולוגיה העיקרית המשמשת היא טכניקת ⁇ (FLT:0) של ⁇ (FLT) , אשר מספקת מדידה חשמלית ישירה של זרם ionic זורם דרך הערוצים.על ידי יישום תרופה לתאי המילוט והתבוננות בשינויים ב- amplitude הנוכחי, הפעלה, הפעלתו, תוך הפעלתו של קינטיקה, מדענים יכולים להפיק במדויק ערכי IC50 (הריכוז הנדרש ל-50% מפעילות הדם הנוכחית) הן בדיקות בטיחותיות (החומרים) של חומרת דם, כטיפול מקיף של מערכת בטיחות).

(ב) ⁇ :0) ,5 ; 1 גבוה דרך חישוב; דיוק מכניסטי יוצא דופן; מאפשר לימוד תת-סוגים של ערוץ יחיד בבידוד; ישירות מודיע מודלים חישוביים.

(FLT:0) התחייבויות: 1.10LT חסר את הסביבה התאית המשולבת; אינו אחראי על חילוף החומרים של סמים, חלבון מחייב או אפקטים ברמת רקמות; לא יכול לזהות השפעות על תהליכים סלולריים אחרים כגון ניתוק אותות או חילוף חומרים.

Isolated cardiac Myocytes

הרמה הבאה של המורכבות כוללת לימוד מיציטים מבודדים או תרבותיים ממודלים בעלי חיים (חזיר ים אנכי, ארנב או כלב) או, יותר ויותר, ממין תאי גזע מלוטשים מתאים (iPSC-CMs) אלה לשמור על השלמה מלאה של ערוצי יון, קולטנים, ומכשירים לאתיים של מכונית לב.

(FLT:0) הקלטה פוטנציאלית של הקלטה: FLT:1 שימוש בטכניקות קידוד או microelectrode, החוקרים יכולים להקליט את פוטנציאל הפעולה כולו מ myocyte יחיד.זה מספק קריאה משולבת של איך תרופה משפיעה על האיזון הנקי של זרמים פנימיים וחיצוניים. פרמטר מפתח נמדד הוא משך הפעולה הפוטנציאלי (APD), המשמש תואמים סלולרי של דגלי QTmic, במיוחד פרמטר מרכזי נמדדת של הסיכון.

(FLT:0 Calcium Transient and Contractility Studies:BuildFLT:1) שימוש בצבעים רגישים לסידן (למשל, פלואו-4) או אינדיקטורים של סידן מקודדים גנטית, החוקרים יכולים למדוד בו זמנית את ה- intracell סידן Transient and cellקיצור.זה קריטי כי תרופות רבות שמשנות אלקטרופיזיולוגיה משפיעות גם על exconctionling, ומספקות הפיכה של קלף יתר של קלף.

(FLT:0) התחייבויות של iPSC-CMs:R.1 בעוד טכנולוגיה טרנספורמטיבית, IPSC-CMs נחשב לעתים קרובות כבעלת יחסית לא בוגרת, דמוי עוברי-פנוטיפ.הפעולה שלהם מורפולוגיה פוטנציאלית יכולה להיות שונה מ myocytes אנושיים, והם עשויים להיות בעלי קצב אוטומטי גבוה יותר ופחות בולט פוטנציאל על גבי מחקר מתמשך, באמצעות פרוטוקולים מכניים, באמצעות עומסים מכניים מכניים, וטכנולוגיות אנרגיה מכניות, באמצעות עומסים, שימוש בפרוטוקולים מכניות, על פני תרבות מכניות.

טיפ 2: Tissue and Multicell Models

שם הסרטון: Myocardial Tissue Slices

פרוסות Myocardial של Precision-cut הן סעיפים דקים (בדרך כלל 100-400 μm עבה) של רקמת לב חיה המשמרת את הארכיטקטורה תלת-ממדית של הילידים, כולל המרטריקס הניתוק, קשרים בין-תאיים, ואוכלוסיות תאים heterogeneous (myocytes, fibroblasts, תאים נוסטליים) זה מגשר הפער בין תאים מבודדים ואיברים שלמים.

שימוש במיקרו-אלקטרוניקה חדים או במערך רב-אלקטרוניקה (MEAs), החוקרים יכולים להקליט במקביל פוטנציאל פעולה או פוטנציאל שדה מאתרים מרובים בתוך פרוסה, מדידה:0conduction SpeedFLT:1 ו-FLT:2anisotropyFLT 3 (הההההקצות במהירות התנהגותית לעומת סיבים).

(FLT:0) Advantages: FLT:1 שומר אדריכלות רקמות והפיכה תאית; מאפשר מיפוי של דפוסי התנהגות; מתאים להערכת השפעות סמים הן על אלקטרופיזיולוגיה והן על תפקוד החוזה; יכול להיות מוכן מינים שונים, כולל רקמת לב אנושי שנרכשה מגורשים כירורגיים או לבבות תורם לא ניתוק.

(FLT:0) התחייבויות: 1.10LT:1 , אחריות מוגבלת (בדרך כלל 2472 שעות) מגבילה מחקרים ארוכי טווח; פגיעה בחיתוך יכולה לשנות את יכולת התא ואת הפונקציה; דיפוזיה של חמצן וחומרים מזינים הופכת לגורם מגביל לפריצות עבה יותר; באמצעות חישוב הוא נמוך יותר מאשר אסימונים סלולריים.

לב שלם מתפורר

ההכנה לנגדורף היא מודל רוטוציה קלאסי שבו הלב, הוסר מן החיה (ברוב ארנב, חזיר גינון, או עכברוש), הוא מתפורר רטרודרגתי דרך האאורטה עם פתרון מחמצן, עשיר תזונתי.לחץ ההיתוך האירורטי סוגר את השסתום האאורטי, מה שמחייב את הפתרון לתוך האמנות הכלילית ומקיים את צרכי הלב מטבוליים.

(FLT:0) נקודות אנדולולוגיות: ההרחבה 1 (A monophasic Action potential) A monophasic Action potential (MAP) הקלטת אלקטרודה שהוצבה על האפידמיום מספקת מידה מתמשכת של תקופת הפחתת (MAP משך, MAPD) מספר רב של אלקטרוקרדיגרמה משטח (ECG-like) ניתן להציב סביב הלב כדי להעריך דפוסים הפעלה.

(ב) מיפוי:0 (Optical Mapping: FLT:1hil כאשר בשילוב עם צבעים רגישים למתח (למשל, di-4-ANEPPS) ומצלמות מהירות גבוהה, ההכנה לנגדורף הופכת פלטפורמה רבת עוצמה עבור (FLT:2 אופטית מיפוי 3FLT:3) טכניקה זו מאפשרת הדמיה של גל חשמלי על פני כל האפידראלים או אנדופוטיום עם רזולוציה גבוהה כגון מחזור אוויר, כגון מיפוי זעיר של חומרים מסובייקטאליים, כגון מפוארים, מפוארים, מפוארים, מיפוי אופטיים, או מיפוי ספירליים, ⁇ .

(FLT:0) Advantages: 1FLT 1 Intact איבר עם מבנה תלת-ממדי נשמר, הפיכה תאית ומחזור כלי הדם; מאפשר הערכה של פרמטרים אלקטרו-פיזיולוגיים גלובליים (פרק זמן QT, זמני התנהגות); יכול לזהות זוועות מורכבות לא ניתן להבחין בדגמים פשוטים; מיפוי אופטי מספק פרטים מקיפים.

(FLT:0) התחייבויות: 1.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10

טיפ 3: ב-Vvo Models

מודלים בעלי חיים מאיימים ומוכרים

עבור ההערכה הטרקלינית המקיפה ביותר, השפעות סמים על קצב הלב יש להעריך באורגניזם השלם, החי.במודלים vivo, בדרך כלל אצל כלבים, חזירים, ארנבים, או פרימטים לא אנושיים, לשלב את כל המורכבות של פיזיולוגיה מערכתית, כולל ספיגה לסמים, הפצה, חילוף החומרים, ופריחה (ADME), כמו גם משוב ממערכת העצבים האוטונומית והדינמיקה של הדם.

(FLT:0)Telemetered ECG Recording: FLT:1 במודלים בעלי חיים מודעים, משדרי רדיו-טלמטרי מושתלים תחת הרדמה עמוקה מאפשרים הקלטה רציפה, גבוהה נאמנות ECG בעוד החיה נעה בחופשיות בכלוב הבית שלה.זה תקן הזהב להערכת מרווחי QT והתפרצות של זעזועים מימי פלזמה, כפי שהוא נמנע מאפקטים של גיל המעבר על פני כדור הארץ ורמות דם בינוניות לעתים קרובות.

(FLT:0) מודלים של מחלות:FreaLT:1 מעבר ללב בריא, החוקרים משתמשים במודלים בעלי חיים ספציפיים למחלות כדי ללמוד השפעות סמים בהקשר פתולוגי רלוונטי.

  • (FLT:0) מודלים של פיזור אווירי: LIGation of a כלילי יוצר אזור של רקמת צלקות איסכמית, תת-קרקעית עבור זוועות ארוכות במיוחד.סמים יכולים להיבדק על יכולתם לדכא או להחמיר את הזוועות הללו בהגדרה שלאחר-.
  • (FLT:0) מודלים של כשלים: FLT:1 Tachycardia pacing או לחץ יתר על עומס מעורר ספיקת לב, מאופיין על ידי שינוי ביטוי ערוץ יון ולהגדיל את הרגישות של זוועה.
  • (FLT:0) מודלים גנוגנטיים: FLT:1 עכברים טרנסגניים או ארנבים נושאים מוטציות הקשורות לתסמונת היסטריה אנושית (למשל תסמונת QT לונג או תסמונת ברוגהדה) מאפשרים לחוקרים לחקור השפעות סמים ברקע מוגדר גנטית של סיכון מוגבר.

(FLT:0) Advantages: 1.FLT 1 מודל קליני רלוונטי מבחינה פיזיולוגית; משלב ADME ו-מערכתי משוב; ניתן להשתמש במחקרים על מינון כרוני (ימים עד חודשים); מאפשר הערכה של אינטראקציות עם תרופות עם מצבים מחלה בסיסית; מספק הוכחה סופית להגשתים רגולטוריים.

(FLT:0) התחייבויות: מעלה גבוהה (בעלי חיים, דיור, צוות, ציוד); שיקולים אתיים משמעותיים ו פיקוח רגולטורי; הבדלים ספציפיים מינים בביטוי ערוץ יון, קצב לב ומילואים מחדש יכולים לסבך את התרגום לבני אדם; נמוך באמצעות חישוב בהשוואה למודלים vitro.

יישומים ב- Drug Discovery and Safety Pharmacology

המודלים הפיזיולוגיים המתוארים לעיל הם מוצבים באופן קשור, אסטרטגי בכל רחבי צינור פיתוח התרופות.

צילום: Hit-to-Lead

בגילוי מוקדם, ניתן להשתמש ב-High-byput-clamp assays על ערוצי hERG כדי להציג ספריות מורכבות גדולות.A Power hERG חוסם (IC50 < 1 μM) הוא לעתים קרובות deprioritized או שונה מבחינה כימית כדי להפחית את הפעילות הזו.D מן ה-Assays להאכיל לתוך FLT:0inicoFLT, כלומר חיזוי של ערוץ 1 על בסיס תרכובת מצור.

אופטימיזציה

ככל שתרכובות מבטיחות מופיעות, מודלים מורכבים יותר מעורבים.הסולקו את הרשומות הפוטנציאליות של המיוציטים ואת הפוטנציאל מבוסס MEA על IPSC-CMs משמשים כדי להעריך את ההשפעה האלקטרופיזיולוגיה המשולבת. Compounds המציגים את QT להאריך או דפוסים אסטרופיליים בכפיפות אלה מחוסנים לחקירה מפורטת יותר.

הערכה מוקדמת לבטיחות (GLP Studies)

(ה) להגשת רגולטורים, המועצה הבינלאומית להורמום (ICH) הנחיות, במיוחד (FLT:003) 1 (ICH S7BIRFLT:2FLT 3:2, יש צורך בהערכה משולבת של סיכון רב-הימי: 0, 000) להחלפת נתונים של טרה-בית (Fruary Assessment) ב-Fruary Assessment) ו-Fruary Risk Protro-Frudation) בדגימה, בדגימה, בדגימה, ב-Ferto-Fricreative Risk Protro-Fervance, ב-Ferationerationerto-Ferto-Ferdialeration, ב-Feration, ב-Ferationerationerto-Ferpherto-Ferto-Ferpherpherpheration, ב-Fvance, ב-Feration in a Cytroitive Risk, ב-Frumentervance, ב-Fvance, ב-Frumenterphive Risk, ב-Fvance, ב-Frugine, ב-Digital Assessment, ב-Digital Assessment in

מכונאי אל-התמדה

כאשר תרופה מראה כיירות בלתי צפויה בניסויים בשלבים מאוחרים או מעקב אחרי שוק, מודלים פיזיולוגיים משמשים רטרוספקטיבית כדי להבין את המנגנון.האם ההשפעה המאורגן על ידי חסימת ערוץ יון ישיר, metabolite, או אפקט מחוץ ל-target על אות אוטונומית? תובנה מכניסטית זו יכולה להנחות את הפיתוח של תרכובות חלופיות בטוחות יותר.

אתגרים מרכזיים ומגבלות על פני מודלים

למרות הערך העצום שלהם, לכל המודלים הפיזיולוגיים יש מגבלות טבועות שיש לשקול בקפידה.

  • (FLT:0) הבדלי משנה: FLT:1 מודלים בעלי חיים, אפילו פרימטים לא אנושיים, שונים מבני אדם בקצב לב, ביטוי ערוץ יון, ומילואים מחדש.לדוגמה, לחולדות יש רפרטואר אשלגן שונה מאשר בני אדם, מה שהופך אותם ללא מתאימים למחקרי QT ו- buine הם יותר דמויי אדם במאפיינים שלהם מחדש המועדפת עליהם והם מועדפים ללימודים כאלה.
  • (FLT:0) מטריה: ⁇ 1 iPSC-CMs, למרות היותם אנושיים במקור, הם לא בשלים מבחינה התפתחותית, תכונות אלקטרופיזיולוגיה שלהם להשתנות באופן משמעותי ככל שהם מתבגרים, ותרופה כי הוא שפיר בתוך תא דמוי עוברי העובר עשוי להיות מסוכן בתא מבוגר, או להיפך.
  • (FLT:0) ,Acute vs. Chronic Effects: ⁇ FLT:1) רוב במודלים vitro ו- exvo להעריך חשיפה חריפה של סמים ( דקות עד שעות) עם זאת, תרופות רבות יש השפעות כרוניות על ביטוי ערוץ יון, אות סלולרי, ושיפוץ מבני כי רק לאחר ימים או שבועות של חשיפה.
  • (FLT:0)Lack של מורכבות מערכתית: Ex vivo או cell מודלים לא יכול לשכפל את הממשק המורכב בין הלב, מערכת העצבים האוטונומית, מערכת האנדוקרינית, מערכת החיסון. תרופות metabolites, אשר עשוי להיות לא פעיל נגד יעד הסמים ההורה אבל פעיל נגד אחר, נעדרים במודלים אלה.

כיוונים עתידיים: הדור הבא של מודלים לבטיחות לב

התחום נע במהירות לעבר מודלים בעלי רלוונטיות אנושית, בעלי תוכן גבוה שיכולים להפחית את ההסתמכות על בדיקות בעלי חיים תוך שיפור הדיוק התרגומים.

קידודים של IPSC-Derived Heart Tissues (EHTs)

על ידי מטפחים iPSC-CMs ב הפיגום תלת מימדי או ממטריקס, החוקרים יכולים ליצור מיניאטורה, להכות רקמות לב עם מיציטים תואמים, צמת תאים חזקים, ואת היכולת לייצר כוח חוזה. EHTs יכול להיות גירוי חשמלי, ואת החוזה שלהם, יעילות פעולה פוטנציאל propagation, ותגובה סמים ניתן להעריך. כמה חברות אקדמיות וקבוצות אקדמיות הם פיתוח גבוה דרך גשר 2D2C.

Multi-Organ and Body-on-a-Chip Systems

אחד הגבולות המרגשים ביותר הוא שילוב של מודלים לביים עם מערכות איברים אחרות על שבב מיקרו-השפעהי. מודל "לב-ליבר-און-a-chip" לדוגמה, יאפשר תרופה לעבור חילוף חומרים דמוי כבד לפני ההגעה לתא הלב, ומספק תמונה מדויקת יותר של איך תרופה ומטבוליטים שלה משפיעים על קצב הלב.

מודלים מתקדמים בסיליקו ובמודלים המבוססים על בינה מלאכותית

מודלים משלימים ממשיכים להתקדם.מודלים ביופיזיים מפורטים של פוטנציאל הפעולה האנושי, המשלב את הקינטיקה של ערוצי יון מרובים, ניתן להשתמש כדי לחזות אפקטים תרופתיים המבוססים על נתוני ערוץ ion מ-High-byput Assays. רחב יותר, FLT:0machine Learningאלגוריתמים 1 , הם מאומן על נתונים גדולים של תרופות מקושרות ומבנים מולקולריים לדגמי סרטן עצמיים, לפני שמודלים פוטנציאליים של תרופות וירטואליות של תרופות.

מסקנה: אסטרטגיה משולבת, רב-טריה

אין מודל פיזיולוגי יחיד, מושלם לחקור השפעות סמים על קצב הלב.כל מודל & mdash; מן ערוץ hERG המבודד לקופים המודעת עם ECG & mdash מברק;offers חתיכה נפרדת של הפאזל.האסטרטגיה היעילה ביותר להערכת בטיחות הלבלב היא גישה עניבה, משולבת המנצלת את החוזקות של כל מודל תוך הכרה במגבלות שלהם.

על ידי שילוב של מסכים ערוץ ion גבוה עם טענות תאיות מבוססות IPSC, החלפת תוכניות רקמות exvo, אסטרטגי באימות vivo, החוקרים יכולים לבנות הבנה מקיפה של פרופיל אלקטרופיזיולוגיה של תרופות. בסיס ראיות רב-דרגתי זה לא רק דרישות רגולטוריות סאסיפיות, אלא, יותר חשוב, להגן על חולים מפני ההשלכות ההרסניות של פרופיל אלקטרו-חיים מושרה תרופה, כמו גם שיטות תגובה אחת בטוחה יותר, לא פחות או יותר, אלא גם על מודלים אופטיים, אלא גם על פני צבעים, אלא גם על פני מודלים סביבתיים, אלא גם על פני כדוריות, אלא גם על פני כדוריות, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, על שיטות טיפוליים, יותר, יותר, עם שיטות טיפוליים, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, עם שיטות טיפוליות ויעיל יותר, עם מודלים סביבתיים יעיל יותר, עם שיטות טיפוליות, עם שיטות טיפוליות ויעיל יותר, עם מודלים סביבתיים, עם שיטות טיפוליות, עם מודלים סביבתיים יעיל יותר, עם שיטות נשימה יעילה יותר, יותר, עם שיטות טיפוליות, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, עם שיטות טיפוליות, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, כדי לטשטשים יותר, יותר, יותר,