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偷AV色偷偷男人的天堂人源誘導型多能干細胞來源的心肌細胞(hiPSC-CM)在藥物安全性評價上的優勢

2019-08-23 14:45:42

眾所周知,新藥的研發需要漫長的周期和巨大的資金投入,平均每一種藥物上市之前約花費13-19億美元,歷時14-16年(圖1)。但是因為上市之前藥物安全性評估體系或其他環節存在的缺陷,導致部分藥物被迫退市。可以說藥物退市對于任何一家醫藥公司都會造成巨大沖擊。如何進行進行有效的安全性評估,是每個醫藥公司都需要思考的問題。2013年美國FDA(食品藥品監督管理局)和SPS(安全藥理學學會)等機構提出了體外綜合心律失常分析方法(CiPA)。CiPA建議以hiPSC-CM為模型,研究藥物的心臟毒性。以細胞系或動物為模型的藥物毒性評價已經用了很多年,現在CiPA緣何將hiPSC-CM作為理想的研究模型了呢?

 

1.hiPSC-CM與人的遺傳背景相同

所有藥物安全性評價的最終目的都是降低對人體的毒性作用,因為遺傳背景一致,hiPSC-CM可以在體外將人心肌細胞復雜的生理功能表征出來。hiPSC-CM可以表達出心臟離子通道的所有主要基因如鈉通道(SCN5A)、L型鈣通道(CACNA1C和CACNA1D),鉀通道(KCNH2和KCNQ1)。此外,hiPSC-CMs表達編碼Ca2+循環關鍵成分的基因如肌醇三磷酸受體(IP3R)、賴氨酸受體(RYR2)、肌漿網Ca2 + ATP酶(SERCA2a),鈣螯合素2 (CASQ2),鈣網(CALR)、連接hilin 2 (JPH2)、phospholamban (PLN)、鈉鈣交換器(NCX)、triadin (TRDN)[1]。這些都是鼠源動物模型,CHO或HEK細胞系無法比擬的優勢。

圖1:新藥研發周期

 

2.hiPSC-CM擁有人類的心臟電生理學特性

人心肌細胞的去極化時程與嚙齒類動物差異很大。例如,人心臟生理條件下每分鐘搏動60-90次,而小鼠為500-700次,大鼠為300-400次[2],因此鼠源心肌細胞與人源心肌細胞在細胞收縮上的表型差異很大(圖2)。因此,在小動物心肌細胞模型中發現的理論,當需要進一步在驗證時,由于缺失人類心肌系統,只能取用其他大型哺乳動物的原代分離心肌細胞替代。而這些細胞的來源都不穩定,實驗結果的重復性也無法保證。由于取材和體外培養條件等問題的限制,原代人心肌細胞用于體外實驗困難很大,以hiPS定向分化形成的心肌細胞,是目前和將來唯一的人源心肌細胞來源。

大鼠原代心肌細胞

小鼠ES-CM

hiPSC-CM

圖2:鼠源心肌細胞和人源心肌細胞阻抗圖

 

 

3.hiPSC-CM擁有人類心肌細胞的生化和分子生物學特性

人類心肌細胞的很多核心功能蛋白與小鼠等模式動物不同。例如,小鼠心肌細胞主要表達α重鏈肌球蛋白,以適應高頻率的搏動,而人類心肌細胞主要表達β重鏈肌球蛋白,適應低頻率的搏動。此外,以Ito和Ik為代表的鉀離子通道在不同種屬動物及人類心肌細胞間的表達和功能差異極大,對于動作電位形成的貢獻也各不相同。對藥物安全性評價而言,hiPSC-CM是最理想的研究工具。

 

4.hiPSC-CM純化方便并且可以長時間體外培養

偷AV色偷偷男人的天堂傳統研究采用的心肌細胞, 主要是采用從新生或成年動物心臟分離獲得的原代心肌細胞。但是此類細胞存在分離技術復雜繁瑣、缺少有效的純化方法、體外培養困難等缺陷。尤其是對于心臟生理接近人類的大型哺乳動物而言,分離原代心肌細胞的動物成本極其高昂,而獲取的心肌細胞活性也更低。相比而言hiPSC-CM的純化簡單很多,可以快速得到純度95%以上的心肌細胞(圖3)。因此,hiPSC-CM是此類研究的最理想的選擇。

圖3:HELP心肌細胞純度鑒定

 

 

5.hiPSC-CM可以批量生產滿足高通量實驗需求縮短試驗周期

偷AV色偷偷男人的天堂由于傳統原代心肌細胞在培養中存活時間極短(成年動物僅有數小時,新生動物不超過1周),絕大多數耗時較長的心臟生理和病理學研究難以采用心肌細胞開展,不得不選擇復雜且成本較高的動物模型,甚至無法開展。而hiPSC-CM完美的解決了這一問題,可以批量生產滿足體外高通量實驗需求。目前hiPSC-CM已經較廣泛的應用于體外高通量藥物安全性評價中(圖4)。

圖4:CE96平臺檢測硝苯地平 IV類抗心律失常藥的心臟毒性(HELP數據)

 

 

參考文獻:

1.Calvin Chen Sheng, a,b,c Laleh Amiri-Kordestani,et.al,2016, 21st Century Cardio-Oncology Identifying Cardiac Safety Signals in the Era of Personalized Medicine.

2.David Ho, Xin Zhao, Shumin Gao,et.al,2011,Heart Rate and Electrocardiography Monitoring in Mice.

 

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