Plattformtechnologie für kardiale Sicherheitspharmakologie basierend auf teilsynthetischem Herzmuskelgewebe (FLEXcyte)
Nanion Technologies GmbH, München, (2021)Abstract
Das Ziel der Verwendung von humanen, induzierten, pluripotenten Stammzellen beim präklinischen Wirkstoff-Screening und bei der Modellierung von Krankheiten sollte weltweite Unterstützung finden. Es ist nicht nur aus ethischen Gründen und zur Vermeidung von Tiermodellen für die Forschung relevant, sondern es besteht auch die Tatsache, dass induzierte Kardiomyozyten aus humanen, pluripotenten Stammzellen (hiPSC-CMs) vergleichbare Ergebnisse wie menschliche, adulte Kardiomyozyten liefern. Sie stellen eine billige und gültige Alternative zu typischerweise verwendeten, embryonalen Stammzellen dar, die im Fötusstadium aus Blastozysten extrahiert werden. HiPSC-CMs fehlt jedoch immer noch ein ähnlicher Reifegrad, der sich gut mit tatsächlichen Kardiomyozyten des menschlichen Herzgewebes vergleichen lässt. Der Ansatz des hier beschriebenen Vorhabens bestand darin, das FLEXcyte 96 System zu entwickeln, welches durch Anwendung mechanischer Stimulation einen reifen Phänotyp in hiPSC-CMs fördern kann. Dabei werden die Zellen auf einem flexiblen Substrat kultiviert. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Kultivierung auf flexiblem Substrat und eine zyklische, mechanische Stimulation die Zellreifung förderte. Im Vergleich zu nicht stimulierten Zellen entwickelten sie signifikant höhere Amplituden, verringerte Schlagraten, schnellere Relaxation und Aufwärtsgeschwindigkeiten, welches Anzeichen maturierter Zellen sind. Das Ziel des Projektes war es, eine Hochdurchsatz Assay-Technologie für Sicherheitspharmakologie an kardialen Stammzellen zu entwickeln. Simulationsrechnungen anhand in-silico Computermodellen dienten der Validierung des Gesamtsystems und ermöglichen einen Vergleich mit bestehenden, etablierten Systemen. Solche Hochdurchsatz-Assays werden verwendet, um die Kardiotoxizität von pharmazeutischen Wirkstoffen zu prüfen. Der Erfolg des Projektes konnte dadurch gewährleistet werden, dass Expertisen aus den Bereichen stammzell-abgeleitete Kardiomyozyten, automatisierte Screening Plattformen und Sicherheitspharmakologie kombiniert wurden. Das Ergebnis dieser Arbeit zeigt, wie wichtig es ist, die Reifung von hiPSC-CMs für ein zuverlässigeres, präklinisches Wirkstoff-Screening zu fördern. Die in diesem Projekt entwickelte Assay-Plattform hat das Potenzial, die Lücke zwischen Skalierbarkeit und der nötigen Aussagekraft des Assays bei der Medikamenten-Entwicklung zu schließen.