Cardiotoxicidad: Evalúe los compuestos tóxicos en las primeras fases del proceso de descubrimiento de fármacos
La cardiotoxicidad o toxicidad cardíaca es un término utilizado para definir compuestos químicos que son tóxicos para el corazón y que causan daño al músculo o la disfunción electrofisiológica del corazón.
La evaluación de la cardiotoxicidad es importante en las primeras fases del descubrimiento de fármacos para eliminar del proceso de desarrollo los compuestos potencialmente tóxicos. Esto es fundamental para reducir los problemas de eficiencia y los costes elevados asociados a compuestos que no superan la evaluación de seguridad cardíaca.
Los compuestos cardioactivos se utilizan en el tratamiento clínico de la insuficiencia cardíaca, arritmia u otras cardiopatías. La toxicidad cardíaca puede causar arritmias o insuficiencia cardíaca. Por tanto, existe una necesidad creciente de ensayos altamente predictivos in vitro de cardiotoxicidad que utilicen modelos con células biológicamente relevantes y que sean adecuados para el cribado de alto rendimiento.
A partir de apilamientos (“stacks”) de imágenes de adquisición de lapso de tiempo se puede observar el movimiento mecánico y los flujos de calcio del esferoide cardíaco.
Evalúe los efectos de compuestos cardiotóxicos con cardiomiocitos derivados de iPSC humanas
Los cardiomiocitos son las células que constituyen el músculo cardíaco y son responsables de la función contráctil del corazón. Los cardiomiocitos especializados, como los cardiomiocitos derivados de células madre pluripotentes inducidas (iPSC), son modelos celulares especialmente atractivos porque expresan GPCR y canales iónicos que proporcionan perfiles de expresión génica, así como características fenotípicas, y que muestran a su vez actividad mecánica y eléctrica espontánea similar a la de las células cardíacas nativas. Los cardiomiocitos derivados de iPSC forman una monocapa que late de forma sincronizada que puede utilizarse para reproducir fenotipos cardiofisiológicos asociados a fármacos utilizando un ensayo de fluorescencia cinética rápido que monitoriza los cambios en las oscilaciones del calcio intracelular.
En colaboración con Eurofins, discutimos la evaluación de la posible cardiotoxicidad de compuestos con la iniciativa CiPA, el nuevo paradigma de análisis de la seguridad cardíaca que incluye ensayos in vitro con hiPSC-CM.
Iniciativa CiPA: Comprehensive in vitro Proarrhythmia Assay
Los cardiomiocitos derivados de células madre pluripotentes inducidas humanas (hiPSC-CM) se pueden utilizar para identificar y evaluar los efectos de compuestos potencialmente cardiotóxicos. La FDA estadounidense ha patrocinado una iniciativa para evaluar compuestos en esta categoría denominada Iniciativa CiPA (“Comprehensive in vitro Proarrhythmia Assay” [Ensayo integral de proarritmias in vitro]). Existen 28 compuestos que tienen diferentes efectos sobre los cardiomiocitos y que pueden ser tóxicos. El objetivo de esta iniciativa es determinar ensayos que sean predictivos en fases iniciales del proceso de descubrimiento de fármacos para ayudar a evitar el fracaso de compuestos en las últimas fases del desarrollo o incluso después de su lanzamiento. Son varios los compuestos incluidos en la lista CiPA que han sido retirados del mercado debido a su toxicidad cardíaca. Es posible identificar la toxicidad en estos compuestos usando tanto la medición del flujo de calcio como la adquisición de imágenes de alto contenido. El desarrollo de ensayos in vitro altamente predictivos adecuados para el cribado de alto rendimiento es fundamental para mejorar los problemas de eficiencia y los costes elevados asociados al fracaso de compuestos debido a la seguridad cardíaca.
Solución de cribado cinético de alto rendimiento para toxicología e identificación de compuestos cabeza de serie
El sistema de cribado celular de alto rendimiento FLIPR® Penta es un sistema de cribado mediante ensayo celular de alto rendimiento, cinético en tiempo real, flexible y fiable para la identificación temprana de compuestos cabeza de serie dirigidos frente a GPCR y receptores de canales iónicos. Está diseñado para captar señales de todos los pocillos a la vez. El sistema también puede monitorizar cambios en el flujo de Ca2+ intracelular (oscilaciones de calcio) asociados a contracciones de cardiomiocitos usando el kit EarlyTox Cardiotoxicity. Los ensayos utilizan cardiomiocitos derivados de iPSC cargados con un colorante sensible al calcio y le permiten monitorizar el impacto de los compuestos sobre la oscilación del calcio dentro de las células cuando laten.
El software ScreenWorks® Peak Pro ofrece la posibilidad de analizar las respuestas de picos múltiples de oscilación de calcio de las células; en particular, la frecuencia de latido de los cardiomiocitos, así como las características temporales de los picos, como subida, descenso y amplitud. Estas funciones son importantes para entender mejor la función de los cardiomiocitos in vitro y el efecto de los compuestos tóxicos que inducen anomalías cardíacas, como el bloqueo de los canales de potasio hERG. Como consecuencia, puede descartar o seguir monitorizando compuestos específicos antes, y priorizar mejor los compuestos cabeza de serie más prometedores y seguros para llevarlos a los estudios preclínicos.
La oscilación espontánea de calcio detectada con el kit de ensayo FLIPR Calcium y el sistema FLIPR en cardiomiocitos derivados de iPSC o esferoides cardíacos 3D se puede combinar con los datos de citotoxicidad e integridad mitocondrial obtenidos con el sistema ImageXpress Confocal para conseguir un análisis fenotípico y un perfil de bioactividad completos de compuestos farmacéuticos y ambientales.
El sistema FLIPR Penta le permite medir y analizar picos de células madre pluripotentes inducidas humanas (hiPSC), diferenciadas en cardiomiocitos y neuronas, hasta 100 veces por segundo y seleccionar rápidamente los mejores eventos, como eventos de tipo posdespolarización temprana (EAD, early afterdepolarization), fibrilación y latido irregular.
Aplicaciones para la caracterización de compuestos cardiotóxicos usando cardiomiocitos derivados de células madre
Los métodos tradicionales para la caracterización de compuestos cardiotóxicos son lentos y laboriosos. El patch-clamp manual y la electrofisiología automatizada se limitan al análisis de canales únicos en células individuales y tienen costes elevados y un bajo rendimiento. Otros métodos de mayor rendimiento requieren la exportación de datos a software adicionales, a menudo complejos, para el análisis de los datos, o requieren el tedioso análisis manual de los datos.
Las ventajas descritas a continuación de nuestra aplicación demuestran cómo la ejecución del software ScreenWorks Peak Pro en el sistema FLIPR con el kit EarlyTox Cardiotoxicity puede caracterizar rápida y fácilmente compuestos cardiotóxicos usando cardiomiocitos derivados de células madre. Además, el sistema FLIPR se puede utilizar para analizar efectos neurotóxicos en esferoides neuronales de la misma manera que en cardiomiocitos derivados de iPSC.
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Esferoides cardíacos 3D
Existe un interés creciente en explorar el uso de esferoides tridimensionales (3D) para la creación de modelos de biología y la evaluación de la toxicidad. El desarrollo de ensayos cuantitativos de alto rendimiento con cultivos 3D es un área activa de investigación. El estudio de la formación de esferoides 3D derivados de células madre pluripotentes inducidas (iPSC) humanas, utilizando tanto la adquisición de imágenes de alto contenido (HCI) como la adquisición de imágenes de fluorescencia cinética rápida, ayuda a determinar el efecto de distintos compuestos sobre la frecuencia y el patrón de latido de esferoides cardíacos mediante la monitorización de los niveles de calcio intracelular con colorantes sensibles al calcio.
- Evaluación in vitro de los efectos de fármacos en cultivos de esferoides de células cardíacas derivadas de iPSC humanas
- Caracterización fenotípica de los efectos de compuestos en esferoides de células hepáticas y cardíacas derivadas de iPSC
- Evaluación de los efectos de fármacos en la fisiología de los cardiomiocitos usando esferoides de células cardíacas derivadas de iPSC
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Evaluación in vitro de los efectos proarrítmicos inducidos por compuestos
Utilizando los cardiomiocitos derivados de iPSC como modelo in vitro, hemos evaluado las respuestas y la dependencia de la concentración a 28 fármacos relacionados con categorías de riesgo bajo, medio y alto de torsades de pointes (TdP). El impacto de los diferentes compuestos sobre las frecuencias y los patrones de latido de la actividad espontánea de cardiomiocitos se monitorizó mediante los cambios en las oscilaciones de Ca2+ intracelular determinadas mediante fluorescencia cinética rápida con colorantes sensibles al calcio en el sistema FLIPR Penta.
Evaluación in vitro de los efectos proarrítmicos inducidos por compuestos
Utilizando los cardiomiocitos derivados de iPSC como modelo in vitro, hemos evaluado las respuestas y la dependencia de la concentración a 28 fármacos relacionados con categorías de riesgo bajo, medio y alto de torsades de pointes (TdP). El impacto de los diferentes compuestos sobre las frecuencias y los patrones de latido de la actividad espontánea de cardiomiocitos se monitorizó mediante los cambios en las oscilaciones de Ca2+ intracelular determinadas mediante fluorescencia cinética rápida con colorantes sensibles al calcio en el sistema FLIPR Penta.
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Ensayos con cardiomiocitos pulsátiles
Los cardiomiocitos humanos derivados de células madre tienen características fenotípicas y perfiles electrofisiológicos similares a los de las células cardíacas humanas nativas. Los cardiomiocitos en cultivo pueden formar un sincitio pulsátil que se comporta de forma similar a los cardiomiocitos nativos. La oscilación de los niveles de calcio intracelular que se produce con las contracciones sincronizadas de las células se pueden monitorizar usando un colorante sensible al calcio, y los cambios inducidos por un tratamiento en el patrón de oscilación se pueden monitorizar a través de los cambios en la señal fluorescente a lo largo del tiempo.
- Ensayos multiparamétricos para cardiomiocitos en una única plataforma
- Ensayo de pulsatilidad en células vivas usando cardiomiocitos derivados de iPSC humanos para la evaluación de la eficacia y toxicidad de fármacos
- Efectos de compuestos sobre los transitorios de calcio en cardiomiocitos pulsátiles derivados de iPSC humanos Cor.4U de Axiogenesis
- Análisis celulares funcionales automáticos de cardiomiocitos derivados de iPSC humanos
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Oscilación de calcio
Los cardiomiocitos derivados de células madre pluripotentes inducidas (iPSC) constituyen un sistema modelo in vitro especialmente atractivo debido a su uso para la evaluación de los efectos de compuestos sobre la función y la seguridad cardíacas. La oscilación de la señal de calcio refleja cambios en la concentración citoplásmica de este ion, lo que permite utilizar un colorante sensible al calcio, como el kit EarlyTox™ Cardiotoxicity.
Oscilación de calcio
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Oscilación de calcio en esferoides neuronales 3D
Los esferoides neuronales 3D contienen una red neuronal rica en sinapsis que crean un circuito neuronal altamente funcional, con oscilaciones de calcio espontáneas, sincronizadas y fácilmente detectables.
Oscilación de calcio en esferoides neuronales 3D
Los esferoides neuronales 3D contienen una red neuronal rica en sinapsis que crean un circuito neuronal altamente funcional, con oscilaciones de calcio espontáneas, sincronizadas y fácilmente detectables.
Ensayos de cardiotoxicidad
La toxicidad cardíaca es responsable de que un gran porcentaje de fármacos nuevos fracasen en los ensayos clínicos. El desarrollo de ensayos in vitro altamente predictivos adecuados para el cribado de alto rendimiento es fundamental para mejorar los problemas de eficiencia y los costes elevados asociados con el fracaso de compuestos debido a la seguridad cardíaca.
- Ensayos de cardiotoxicidad de alto rendimiento con cardiomiocitos derivados de células madre
- Ensayos predictivos para la evaluación de alto rendimiento de toxicidad cardíaca y seguridad de fármacos
- El kit EarlyTox Cardiotoxicity proporciona datos de cardiotoxicidad biológicamente relevantes en fases más tempranas del proceso de descubrimiento de fármacos.
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La toxicidad cardíaca es responsable de que un gran porcentaje de fármacos nuevos fracasen en los ensayos clínicos. El desarrollo de ensayos in vitro altamente predictivos adecuados para el cribado de alto rendimiento es fundamental para mejorar los problemas de eficiencia y los costes elevados asociados con el fracaso de compuestos debido a la seguridad cardíaca.
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eBooks
Disfrute de una recopilación de eBooks relacionados con la solución de cribado mediante el ensayo celular cinético en tiempo real de alto rendimiento, sistema FLIPR.
eBooks
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Publicaciones sobre cardiotoxicidad
Artículos seleccionados sobre cardiotoxicidad de expertos en la materia de Molecular Devices, presentados en revistas especializadas que aparecen en pubmed.gov y Research Gate.
- La evaluación de parámetros de pulsatilidad en células madre pluripotentes inducidas humanas permite el cribado cuantitativo in vitro de cardiotoxicidad
- Ensayos fenotípicos para la caracterización de los efectos de compuestos sobre esferoides cardíacos derivados de células madre pluripotentes inducidas
- Evaluación de la cardiotoxicidad in vitro de compuestos químicos ambientales utilizando modelos derivados de células madre pluripotentes inducidas humanas organotípicas
- Evaluación multiparamétrica in vitro de los efectos de compuestos sobre la fisiología de cardiomiocitos usando células iPSC
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