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Cardiotoxicidad

Ensayos in vitro predictivos para la evaluación de alto rendimiento de toxicidad cardíaca y seguridad de fármacos

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.

Iniciativa CiPA: Comprehensive in vitro Proarrhythmia Assay

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.

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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.

Cardiomiocitos derivados de iPSC y esferoide neuronales

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.

Recursos más recientes

Recursos de cardiotoxicidad

Vídeos y seminarios web

Estudios de toxicidad de cardiomiocitos derivados de iPSC y esferoide neuronales

Estudios de toxicidad de cardiomiocitos derivados de iPSC y esferoide neuronales

Iniciativa y validación CiPA de los métodos de alto rendimiento para caracterizar los efectos de compuestos en cardiomiocitos derivados de iPSC humanos en el sistema FLIPR Penta

Validación de canales iónicos cardíacos usando electrofisiología automatizada para el Paradigma CiPA