心脏毒性

适用于心脏毒性和药物安全性高通量评估的预测性体外测定

什么是心脏毒性？

心脏毒性一词用来界定对心脏有毒性的化学品，这些化学品会引起肌肉损伤或心脏电生理学功能障碍。

发现心脏毒性评估在药物发现的早期阶段非常重要，能够进一步在药物发现阶段消除可能有毒的化合物。这对于降低与心脏安全性评估中的不合格化合物有关的低效性和高成本而言很关键。

心脏活性化合物用于心力衰竭、心律失常或其他心脏疾病的临床治疗。心脏毒性可引发心律失常或心力衰竭。因此，对采用生理相关 3D 细胞模型且适用于高通量筛选的高预测性体外心脏毒性测定的需求日益增加。

可从延时采集图像的堆栈中观察到心脏细胞球的机械移动和钙离子通道。

使用人 iPSC 源性心肌细胞评价心脏毒性化合物的影响

什么是心肌细胞？

心肌细胞是组成心肌的细胞，负责心脏的收缩功能。人诱导性多能干细胞 (iPSC) 源性心肌细胞等特殊心肌细胞是特别引人注目的细胞模型，因为它们可表达 GPCR 和离子通道，并能提供基因表达谱和表型特征，同时证明自发性机械和电活动与自体心肌细胞相似。iPSC 源性心肌细胞可形成一个同步跳动的单层，该单层能够用于可靠复制药物相关的心脏生理表型（使用可监测细胞内钙振荡变化的快速动力学荧光测定）。

我们就 CiPA 倡议与 Eurofins 合作讨论了化合物的潜在心脏毒性评估，该倡议是包括 hiPSC-CM 体外测定在内的新型心脏安全性检测范式。

CiPA 倡议：综合体外致心律失常测定

人诱导多能干细胞衍生的心肌细胞 (hiPSC-CM) 可用于确定和评价潜在心脏毒性化合物的影响。美国 FDA 发起了一项称为“综合体外致心律失常测定 (CiPA)”的倡议，以评估此类别中的化合物。有 28 种化合物会对心肌细胞产生不同的毒性作用。该项倡议的目的是确定能够在药物发现过程中进行提早预测，从而避免在后期开发中甚至放行后出现失效现象的测定。CiPA 列表上的数种化合物因心脏毒性而被撤出市场。可通过钙离子通道检测和高内涵成像确定这些化合物的毒性。开发适用于高通量筛选的高预测性体外测定法对于减少与化合物不符合心脏安全性有关的低效性和高成本而言很关键。

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适用于毒理学和先导化合物识别的高通量动力学筛选解决方案

FLIPR® Penta 高通量细胞筛选系统是一种灵活可靠的实时动力学高通量细胞测定筛选系统，可用于识别 GPCR 和离子通道受体的早期先导物。它旨在同时从所有孔中收集信号。使用 EarlyTox 心脏毒性试剂盒时，该系统还能监测与心肌细胞收缩有关的细胞内 Ca2+ 流（钙振荡）变化。该测定使用含钙敏感染料的 iPSC 源性心肌细胞，并能监测细胞在搏动时化合物对细胞内钙振荡的影响。

ScreenWorks® Peak Pro 软件能够分析细胞的多峰钙振荡反应：特别是心肌细胞搏动率以及峰的时间特征，包括上升、下降和振幅。这些特征对于更好地理解体外心肌细胞功能和可诱导心脏异常（如 hERG 阻断钾通道）的有毒化合物的影响很重要。因此，您可以更早地取消或进一步监测特定化合物，并更好地优先考虑继续进行临床前研究的最有前景、安全先导物。

使用 FLIPR 钙检测试剂盒和 FLIPR 系统从 iPSC 心肌细胞或 3D 心脏细胞球获得的自发钙振荡，可与来自 ImageXpress 共聚焦系统的细胞毒性和线粒体完整性数据配对，用于对药物和环境化合物进行综合表型分析及生物活性分析。

FLIPR Penta 系统可让您对分化为心肌细胞和神经元的人源性诱导多能干细胞 (hiPSC) 进行峰值检测和分析（每秒多达 100 次），并快速选出早期后除极类似事件（EAD 类似事件）、纤维性颤动和不规则搏动等事件。

使用干细胞衍生的心肌细胞表征心脏毒性化合物的应用

传统的心脏毒性化合物表征方法耗时耗力。手动膜片钳和自动化电生理学仅能分析单个细胞的单个通道，并且成本较高、通量较低。另外，通量更高的方法需要将数据导出到其他通常很复杂的软件中进行分析，或者对数据进行手动分析，但是很耗时。

我们下面的应用资产展示了在 FLIPR 系统上运行的 ScreenWorks Peak Pro 软件如何与 EarlyTox 心脏毒性试剂盒一起快速、轻松表征心脏毒性化合物（使用干细胞衍生的心肌细胞）。此外，FLIPR 系统也可用于分析对神经元细胞球的神经毒性作用，分析方式与 iPSC 源性心肌细胞大致相似。

3D 心脏细胞球
化合物诱导的体外致心律失常作用的评估
钙振荡
3D 神经元细胞球中的钙振荡
心肌细胞测定
心脏毒性检测
药物发现和开发
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有关心脏毒性的出版物
毒理学

3D 心脏细胞球

人们越来越关注于使用三维 (3D) 细胞球来进行组织生理学和毒性评估建模。使用 3D 培养物来开发通量更高的定量测定是一个很活跃的研究领域。使用高内涵成像 (HCI) 和快速动力学荧光成像来研究源自人诱导多能干细胞 (iPSC) 的 3D 细胞球形成，可帮助评估各种化合物对搏动速率和心脏细胞球模式的影响（通过钙敏感染料监测细胞内钙水平的变化）。

化合物诱导的体外致心律失常作用的评估

我们使用人 iPSC 源性心肌细胞作为体外模型，评估了对与低、中等、高尖端扭转型室速 (TdP) 风险类别相关的 28 种药物反应和浓度依赖性。根据通过 FLIPR Penta 系统上的快速动力学荧光和钙敏感染料测量得到的细胞内 Ca2+ 振荡变化，监测不同化合物对搏动速率和心肌细胞自发活动模式的影响。