UMGANG MIT COVID-19 – Wir setzen uns dafür ein, unsere wissenschaftliche Gemeinschaft während dieser Pandemie zu unterstützen. Mehr erfahren 

Kardiotoxizität

Prädiktive In-vitro-Assays zur Hochdurchsatz-Bewertung der Kardiotoxizität und Wirkstoffsicherheit

Kardiotoxizität: Bewertung toxischer Verbindungen in frühen Stadien der Wirkstoffforschung

Kardiotoxizität, oder kardiologische Toxizität, ist ein Begriff, der Chemikalien bezeichnet, die für das Herz giftig sind und Muskelschäden oder elektrophysiologische Störungen des Herzens verursachen.

Die Untersuchung der Kardiotoxizität ist in den frühen Stadien der Wirkstoffforschung wichtig, um potentiell toxische Verbindungen von der weiteren Entwicklung auszuschließen. Dies ist von entscheidender Bedeutung, um die Ineffizienz und die hohen Kosten zu minimieren, die mit Verbindungen verbunden sind, die bei der kardiologischen Sicherheitsbewertung versagen.

Kardioaktive Verbindungen werden in der klinischen Behandlung von Herzinsuffizienz, Herzrhythmusstörungen oder anderen Herzkrankheiten eingesetzt. Kardiologische Toxizität kann Herzrhythmusstörungen oder Herzversagen verursachen. Daher besteht ein wachsender Bedarf an hochgradig prädiktiven In-vitro-Kardiotoxizitätsassays, die biologisch relevante zellbasierte Modelle verwenden und für das Hochdurchsatz-Screening geeignet sind.

Die mechanische Bewegung des Herz-Sphäroids und dessen Calcium-Fluxe lassen sich aus den Stapeln der im Zeitraffer aufgenommenen Bilder herauslesen.

Bewertung der Auswirkungen kardiotoxischer Verbindungen mithilfe humaner, aus iPSC gewonnenerKardiomyozyten

Kardiomyozyten sind die Zellen, aus denen die Herzmuskeln bestehen und die für die Kontraktionsfunktion des Herzens verantwortlich sind. Spezialisierte Kardiomyozyten, wie die aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) gewonnenen Kardiomyozyten, sind besonders attraktive Zellmodelle, da sie GPCRs und Ionenkanäle exprimieren, die Genexpressionsprofile sowie phänotypische Merkmale liefern. Gleichzeitig weisen sie eine spontane mechanische und elektrische Aktivität auf, die der nativer Herzzellen ähnelt. Aus iPSCs gewonnene Kardiomyozyten bilden einen synchron schlagenden Monolayer. Dieser kann dazu verwendet werden, Wirkstoff-assoziierte kardiophysiologische Phänotypen zuverlässig zu reproduzieren, und zwar mithilfe eines schnellen kinetischen Fluoreszenztests, der Veränderungen der intrazellulären Calcium-Oszillationen überwacht.

CiPA-Initiative – Umfangreicher In-vitro-Proarrhythmie-Assay

In Zusammenarbeit mit Eurofins erörtern wir die Untersuchung der potenziellen Kardiotoxizität von Verbindungen gemäß der CiPA-Initiative, dem neuen Paradigma für kardiale Sicherheitstests, die In-vitro-Assays mit hiPSC-CM umfassen.

Die CiPA-Initiative – Umfangreicher In-vitro-Proarrhythmie-Assay

Aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen gewonnene Kardiomyozyten (hiPSC-CMs) können zur Identifizierung und Bewertung von Auswirkungen potenziell kardiotoxischer Substanzen eingesetzt werden. Die US-amerikanische FDA hat eine Initiative finanziert, die sich „Comprehensivein vitro Proarrhythmia Assay (CiPA) Initiative“ nennt und Verbindungen dieser Kategorie bewertet. Es gibt 28 Verbindungen, die unterschiedliche Wirkungen auf Kardiomyozyten haben, die toxisch sein können. Ziel dieser Initiative ist es, Assays festzulegen, die bereits in einem frühen Stadium der Wirkstoffforschung Vorhersagen treffen können, um Misserfolge in einer späten Entwicklungsphase oder sogar nach der Vermarktung zu verhindern. Mehrere auf der CiPA-Liste stehende Verbindungen wurden aufgrund ihrer Kardiotoxizität vom Markt genommen. Die Toxizität dieser Verbindungen festzustellen, ist sowohl durch die Messung des Calcium-Flux als auch durch das High-Content-Imaging möglich. Die Entwicklung hochgradig vorhersagekräftiger In-vitro-Assays, die sich für ein Hochdurchsatz-Screening eignen, ist zur Minimierung der Ineffizienz und der hohen Kosten, die mit dem Scheitern von Verbindungen in Kardiotoxizitätstests verbunden sind, von entscheidender Bedeutung.

Für Webinar registrieren

 

Lösung für kinetische Hochdurchsatz-Screenings für die Toxikologiebestimmung und die Identifizierung von Leitverbindungen

Das FLIPR® Penta High-Throughput Cellular Screening System ist ein flexibles und zuverlässiges zelluläres Hochdurchsatz-Screening-System, das Echtzeit-Kinetiken zu dem Zweck erfassen kann, frühzeitig Leitverbindungen zu identifizieren, die gegen GPCR- und Ionenkanalrezeptoren gerichtet sind. Es ist so konzipiert, dass es die Signale aller Wells gleichzeitig erfasst. Mithilfe des EarlyTox Cardiotoxicity Kit kann das System zudem die mit den Kardiomyozytenkontraktionen assoziierten Veränderungen des intrazellulären Calcium-Flux (Calcium-Oszillationen) überwachen. Die Assays arbeiten mit aus iPSCs gewonnenen Kardiomyozyten, die mit einem calciumempfindlichen Farbstoff beladen sind, und ermöglichen es Ihnen, die Auswirkungen von Verbindungen auf das oszillierende Calcium innerhalb der Zellen zu überwachen, während diese kontrahieren.

Die ScreenWorks® Peak Pro Software bietet die Möglichkeit, Calcium-Oszillationsantworten der Zellen zu analysieren, die mehrere Peaks aufweisen – insbesondere die Kontraktionsfrequenz von Kardiomyozyten sowie die zeitlichen Merkmale der Peaks, darunter den Anstieg, den Abfall und die Amplitude. Diese Merkmale sind wichtig, um die Funktion von Kardiomyozyten in vitro besser zu verstehen, ebenso wie die Auswirkungen toxischer Verbindungen, die kardiologische Anomalien hervorrufen, z. B. die Blockade von hERG-Kaliumkanälen. Auf diese Weise können Sie bestimmte Verbindungen entweder früher ausschließen oder weiter beobachten und so den vielversprechendsten und sichersten Leitverbindungen den Vorzug geben, um sie in präklinischen Studien weiter zu untersuchen.

Die Daten über die spontanen Calcium-Oszillationen in iPSC-Kardiomyozyten oder 3D-Herz-Sphäroiden, die mit dem FLIPR Calcium Assay Kit und dem FLIPR System erfasst wurden, können mit Daten zur Zytotoxizität und Mitochondrienintegrität kombiniert werden, die mit dem ImageXpress Confocal System erfasst wurden. Dadurch kann sowohl für pharmazeutische als auch für aus der Umwelt stammende Verbindungen eine umfassende phänotypische Analyse durchgeführt und ein Bioaktivitätsprofil erstellt werden.

Aus iPSC gewonnene Kardiomyozyten und neuronale Sphäroide

Das FLIPR® Penta System ermöglicht Ihnen die Messung und Analyse von Peaks in humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSCs), die zu Kardiomyozyten und Neuronen differenziert wurden – bis zu 100 Mal pro Sekunde. Weiterhin ermöglicht es Ihnen, schnell besondere Ereignisse auszuwählen, wie frühe Nachdepolarisations-artige Ereignisse (early afterdepolarization-like [EAD-like] events), Flimmern und unregelmäßige Kontraktionen.

 

Anwendungen zur Charakterisierung kardiotoxischer Verbindungen mithilfe von aus Stammzellen gewonnenen Kardiomyozyten

Traditionelle Methoden zur Charakterisierung kardiotoxischer Verbindungen sind arbeitsintensiv und langsam. Das manuelle Patch-Clamp-Verfahren und automatisierte Elektrophysiologieverfahren sind auf die Analyse einzelner Ionenkanäle von Einzelzellen beschränkt, erzeugen hohe Kosten und liefern einen geringen Durchsatz. Andere Methoden mit höherem Durchsatz erfordern für die Analyse den Export der Daten in zusätzliche, oft komplexe Softwareanwendungen oder eine zeitaufwändige manuelle Auswertung der Daten.

Unsere nachstehenden Anwendungsbeispiele zeigen, wie die auf dem FLIPR System installierte ScreenWorks Peak Pro Software mithilfe des EarlyTox Cardiotoxicity Kit schnell und einfach kardiotoxische Verbindungen mithilfe von aus Stammzellen gewonnenen Kardiomyozyten charakterisieren kann. Darüber hinaus kann das FLIPR System eingesetzt werden, um neurotoxische Auswirkungen auf Nerven-Sphäroide in ähnlicher Weise zu analysieren wie bei den aus iPSCs gewonnenen Kardiomyozyten.

Neueste Ressourcen

Ressourcen zur Kardiotoxizität

Videos und Webinare

Toxizitätsstudien mit aus iPSC gewonnenen Kardiomyozyten und neuronalen Sphäroiden

Toxizitätsstudien mit aus iPSC gewonnenen Kardiomyozyten und neuronalen Sphäroiden

CiPA-Initiative und Validierung von Hochdurchsatz-Methoden zur Charakterisierung von Verbindungseffekten in humanen, aus iPSC gewonnenen Kardiomyozyten auf dem FLIPR Penta System

Validierung kardialer Ionenkanäle mithilfe automatisierter Elektrophysiologie für das CiPA-Paradigma