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偷AV色偷偷男人的天堂CardioExcyte 96平臺預測藥物致心律失常

偷AV色偷偷男人的天堂2019-09-12 14:07:08

藥物引起的心率失常是藥物研發失敗及退市最常見的原因。因此臨床前的藥物安全性評價是每個制藥人都極其重視的一個環節。上篇文章中我們提到了iPSC-CM作為一種臨床前藥物安全性評價模型的優勢。這次我們將跟大家一起探討非標記心臟安全功能儀CardioExcyte96(CE96)結合iPSC-CM在藥物安全性評價上的應用。

 

尖端扭轉型室速(TdP)是最主要的藥物引起的心律失常反應。TdP是一種室性心動過速,心電圖可見QRS波的尖端圍繞基線扭轉,常伴有QT間期延長(圖一),有猝死的風險。早期后去極化(EAD)被認為是TdP產生的重要誘因。那么CE96和iPSC-CM的組合是怎么預測心律失常風險的呢?且聽小艾從心肌細胞最基礎的電信號-動作電位開始講起。

圖一: 心電圖和TdP

 

心室肌細胞動作電位包括去極化和復極化兩個過程,在這些過程中一些重要的離子(鈉離子,鉀離子,鈣離子)會在細胞膜兩側來回流動。因為這些離子是帶電的,所以它們的流動就產生了電流,也就說動作電位的產生就是電流流動的結果。心肌細胞動作電位細分為5個時期(圖二):

圖二:心肌細胞動作電位

 

偷AV色偷偷男人的天堂0期:Na+的快速涌入使得動作電位迅速上升。

 

1期:動作電位上升沖程的終止和早期復極化相的形成期,此期Na+通道關閉,K+(Ito)瞬時流出。

 

2期:內向Ca2+,外向K+的平衡期。

 

偷AV色偷偷男人的天堂3期:K+(IKr和IKs)的外流使得動作電位持續下降導致后期復極化。

 

4期:主要由K+(鉀離子泵)維持著-90mv左右的靜息電位。

 

偷AV色偷偷男人的天堂心臟周圍的所有組織和液體中都含有大量的離子,這意味著它們可以充當導體,將心肌產生的電流波動傳輸到皮膚上,進而被檢測設備檢測到,這就是我們所看到的心電圖。單個細胞的動作電位可以通過膜片鉗的方法記錄到。類似心電圖這種細胞群體的電生理活動則可以通過檢測場電位的方法記錄到。CE96就是一款可以檢測場電位的高通量儀器,它可以同時記錄96個通道。每個96孔板底部有兩個金屬電極:一個是環繞孔底的C型電極,另一個是中間的圓形電極。當96孔記錄板被安放到機器上的時候,主機可以記錄到培養小孔上兩個金電極之間的阻抗值和電壓值(可長時程記錄)。iPSC-CM單層細胞在培養小孔中,經過一段時間的培養后即可利用CE96實時監測該層細胞的群體電學活動(阻抗值變化和電壓值變化)。

偷AV色偷偷男人的天堂a、阻抗:心肌細胞的形狀在舒張狀態時為梭型,收縮時則成球型。不同形狀下心肌的阻抗不同。所以可以用阻抗的變化來代表細胞形體的變化,阻抗曲線即為心肌細胞的收縮曲線;

b、電壓:兩個電極也可以記錄單層細胞動作電位產生過程中的電壓變化。離子通道的開放和關閉會導致細胞群周圍的電壓發生改變,從而產生一定的電勢差,即電壓。由于培養小孔中所有細胞的離子通道開閉具有同步性,所以可利用CE96可以記錄出一條單一的心肌細胞電壓變化曲線,也即為該層心肌細胞的群體放電曲線。

 

單個細胞的動作電位、群體細胞的場電位和臨床上的心電圖在離子活動上存在著對應關系。0期Na+的迅速內流在場電位表現為Na+ Spike,心電圖上是QRS波形;2期的相對平穩期在場電位和心電圖中也得到了很好的體現;相對平穩期之后,動作電位的3期(后期復極化)和場電位、心電圖的T波都是由于K+的外流引起的波形變化。這個時期被認為是心臟周期中一個比較脆弱的時期,因為在這個時期電刺激可以引起另一個動作電位的產生,可能會導致致命的室性心律失常。在iPSC-CM水平上檢測動作電位和場電位波形,可以一定程度上反應心電圖的表型(圖三),預測心律失常風險。

圖三:心肌細胞的動作電位,場電位和心電圖關聯示意圖

 

目前CE96和iPSC-CM的組合,因為其能滿足高通量篩選的需求,已經被越來越多的應用在藥物的安全性評價中。Sotalol是臨床上常用的抗心律失常藥物之一,但也可能會導致嚴重的TdP反應。這一表型在CE96平臺上得到了證實,加入10um后的iPSC-CM的細胞收縮明顯異常,場電位產生了類似EAD的表型,提示這種藥物極有可能會誘發TdP現象(圖四)。

圖四:SotaloliPSC-CM細胞收縮和場電位的影響

 

引用文獻:

 

1. Enrique G. Navarrete, MD, Ping Liang, MD, PhD , Feng Lan, PhD ,Verónica Sanchez-Freire, PhD, et.al.,2013, Screening Adverse Drug-Induced Arrhythmia Events Using Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes and Low-Impedance Microelectrode Arrays. doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.112.000570.

2. Xiaoyu Zhang, Liang Guo b , Haoyu Zeng c , Stephen L. White d , Michael Furniss b , et.al.,2016, Multi-parametric assessment of cardiomyocyte excitation-contraction

coupling using impedance and field potential recording: A tool for cardiac safety assessment.

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