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实验室培养的心脏细胞平台让研究人员可以检查药物的功能效应

华盛顿特区,2019年8月13日 - 动物模型为生物医学研究提供了益处,但将这些研究结果转化为人体生理学可能很困难。人类心脏的能量需求和功能难以在其他动物(如小鼠和大鼠)中繁殖。一个新系统旨在规避这些问题,并提供一个功能视图,说明不同的治疗如何帮助氧气和营养素剥夺后心脏中的细胞凋亡。

研究人员推出了一种新型硅芯片,该芯片可容纳人体实验室培养的心肌细胞,用于评估新药的有效性。该系统包括心脏细胞,称为心肌细胞,在芯片上形成图案,其电极可以刺激和测量细胞内的电活动。研究人员在AIP出版社的本周APL生物工程中讨论了他们的工作。

这些能力提供了一种方法,用于确定血液供应的限制,一种称为缺血的危险状态,改变心脏的传导速度,搏动频率和与心脏功能相关的重要电气间隔。

其他动物难以模拟缺血性疾病。例如,大鼠的心脏的新陈代谢比人类心脏高六倍以上,这意味着它们对葡萄糖的需求增加更快,并且可以更快地进入缺血状态。

基于人体细胞的功能系统的关键贡献是能够检查治疗如何影响人体组织的更广泛功能。

“你去医生办公室,并没有立即开始寻找生物标志物,但这就是如何进行大量的药物发现,”该研究的作者詹姆斯希克曼说。“相反,医生基本上会问你,'你怎么运作?'”

该小组利用芯片独特的能力来确定电活动的传导速度,研究设计用于抑制缺血影响的药物如何影响间隙连接,即心肌细胞之间允许它们传播电信号的隧道。

他们发现药物ZP1609减少了当芯片置于缺血状态时与间隙连接退化相关的传导速度急剧下降,与其他模型中的药物发现相呼应。

希克曼很快希望利用该平台的稳健性来研究其他器官,包括心脏细胞如何在缺血期间向肝脏和大脑中的细胞发出信号,或者缺血如何影响其他器官,尤其是大脑。

该小组还开发了长度小于1毫米的悬臂,可以连接心肌细胞,以测量对收缩力的影响。这些悬臂可用于预测对泵送效率的影响。

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