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technologie de “Coeur-sur-un-puce” dévoilée

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Les médicaments délivrés sur ordonnance ont permis à des millions d'Américains avec des conditions médicales chroniques de vivre les plus longues et plus accomplissantes vies, mais beaucoup de nouvelles drogues prometteuses ne le font jamais aux procès humains présentent en raison du potentiel pour la toxicité cardiaque.

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Par la technologie de « coeur-sur-un-puce » -- modelant un coeur humain sur une puce machinée et mesurer les effets de l'exposition composée sur des fonctions de tissu de coeur utilisant des micro-électrodes -- Les chercheurs de Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) espèrent diminuer le moment requis pour de nouveaux procès de drogue et assurer les drogues potentiellement de sauvetage soyez sûr et efficace tout en réduisant le besoin d'expérimentation animale humaine et. La recherche fait partie du projet de l'iCHIP du laboratoire (plate-forme d'investigation humaine à puce in vitro), qui replie les systèmes humains sur les plates-formes machinées pour examiner les effets des composés chimiques et biologiques toxiques.

La recherche, éditée en ligne le 18 avril dans le laboratoire de journal sur une puce, décrit l'enregistrement réussi des signaux électriques et du battement cellulaire des cellules humaines normales de coeur développées sur une rangée multiélectrode développée au laboratoire. C'est la première conception, selon les chercheurs, capables de tracer simultanément l'électrophysiologie et la fréquence de contraction des cellules.

« Cette plate-forme te permet de faire le criblage de haut-sortie des drogues pharmaceutiques et prévoir leurs effets sur le coeur, » a dit l'investigateur principal Elizabeth Wheeler d'iCHIP. « Cette recherche nous permet de mesurer deux fonctions du coeur, de la contraction et de l'électrophysiologie, pour la première fois. Il reste validation et données que nous avons besoin, mais par la suite elle nous permettrait de réduire le besoin d'expérimentation animale. »

Les chercheurs ont dit que la capacité d'enregistrer ces deux fonctions serait utile aux sociétés pharmaceutiques parce qu'elle pourrait alerter des fabricants de drogue aux problèmes cardiaques provoqués par une drogue tôt dans le processus avant d'atteindre l'étape de test clinique. Cardiotoxicity est un effet secondaire fréquent de beaucoup de nouvelles drogues et contribue souvent à leur échec final. D'autres drogues fréquemment prescrites, telles que des agents de chimiothérapie, également sont connues pour être cardiotoxiques. La recherche utilisant la puce de coeur pourrait fournir des informations expérimentales au sujet de la façon dont les drogues fonctionnent de sorte que de nouveaux composés puissent être conçus pour éviter ces pièges.

Des « problèmes de coeur peuvent être posés pour beaucoup de différentes raisons, » a dit le chercheur Fang Qian, l'auteur important de LLNL du papier. « Il pourrait être dû à la conduction anormale de signal électrique dans tout le coeur (tel que l'arythmie), ou à la force affaiblie de contraction des muscles cardiaques (comme la cardiomyopathie), ou de chacun des deux. Une plate-forme qui donne lecture seulement une fonction simple ne peut pas nous indiquer exactement ce qui est erroné. »

La « coeur-sur-un-puce, » qui construit outre de la recherche réussie précédente d'iCHIP sur les systèmes nerveux périphériques et centraux, comporte l'utilisation des cellules cardiaques humaines cultivées pendant jusqu'à neuf jours sur la puce machinée. Étonnamment, ces cellules naturellement et se développent spontanément dans un tissu bidimensionnel de coeur qui des contrats ou des débuts « à battre » après deux jours dans la culture. Le tissu a été exposé à la nopépinéphrine, une drogue de stimulant employée pour traiter l'hypotension et l'arrêt du coeur, et le signal électrique et le battement accru dans les cellules, semblables à ce qui se produirait dans le corps.

Le changement « de la fréquence cardiaque » a été mesuré utilisant les électrodes extrêmement sensibles dans la rangée de micro-électrode. Les chercheurs ont conclu la plate-forme pourraient exactement et d'une façon non envahissante croissance, électrophysiologie et battement de coeur de tissu de coeur de mesure simultanément et en temps réel.

« La vraie force de la plate-forme peut mesurer l'élém. élect. et des aspects mécaniques du coeur en même temps, » a dit le chercheur Kris Kulp de LLNL. « Un des produits chimiques que nous avions l'habitude de valider la plate-forme découple réellement le signal électrique du battement de cellules. Quand les cellules ont été exposées à ce composé, les signaux électriques ont continué normalement, mais les cellules ont cessé l'adjudication. Pour développer avec succès de nouvelles drogues, nous devons connaître le plein éventail des effets qu'elles peuvent avoir sur la fonction de cellules. »

La partie d'élever la plus provocante les cellules, selon le chercheur post-doctoral Chao Huang de LLNL, regardait des densités de ensemencement de cellules différentes pour trouver un qui resterait vivant assez longtemps, et pourrait mesurablement se contracter et répondre pareillement à ce qui serait prévu chez l'homme. Le chercheur Anna Ivanovskaya de LLNL, qui a travaillé au circuit modelant et machinant, a dit que choisissant la bonne géométrie pour la puce était également difficile parce que la disposition influence le signal électrique. Ivanovskaya a dit qu'elle et l'équipe ont examiné quatre modifications différentes de la rangée d'électrode avant l'arrangement sur la droite.

Les scientifiques de LLNL croient avec la validation, une plate-forme fiable de coeur-sur-un-puce pourrait être utilisée pour surmonter certaines des limitations du nouvel essai de drogue, et fournit une évaluation complète de coeur fonctionnant dans des contre-mesures et le développement médicaux de drogue. Ils avertissent, cependant, que plus d'essai est nécessaire.

« Avec la haut-sortie, criblage de haut-contenu vous pourriez examiner beaucoup de drogues en même temps et obtenir beaucoup de données immédiatement, » Qian a dit. « Il est effarante combien d'argent et d'heure est impliquée en obtenant des drogues au marché. Ceci a pu accélérer le processus. »