Le mini Coeur-dans-un-Choc humain qui pourrait un jour remonter l'expérimentation animale

insights from industryKevin D. Costa, PhDCSO & Scientific Co-founderNovoheart

Une entrevue avec M. Kevin Costa, discutant le modèle miniaturisé de coeur-dans-un-choc développé par Novoheart, et ses applications en médicament personnalisé.

Quel est le mini coeur-dans-un-choc ?

Le mini-coeur est un 3D conçu, cavité cardiaque humaine miniature vivante conçue pour imiter le fonctionnement de pompage du coeur humain. C'est un modèle organoid d'unique-chambre qui est environ un centimètre de diamètre, représentant le ventricule qui est la chambre principale au coeur pour le sang de pompage par le fuselage, et également celui qui sont les plus susceptibles des arythmies et des maladies qui compromettent la fonction cardiaque.

Mini-coeurs - vue de côté - Novoheart

Nous commençons par les cellules souche pluripotent humaines et différencions ces derniers dans les cardiomyocytes de ventriculaire-détail, qui sont caractéristiques des ventricules. Nous incluons alors ces cellules dans une modification d'hydrogel faite de collagène et d'autres facteurs de support qui sont plues à torrents dans un moulage conçu en fonction du client. L'attache de cellules à la modification au-dessus de quelques jours et se développent dans une cavité, forme sphérique, suivant le moulage.

Avec du temps dans la culture, les cellules rendent le collagène compact autour du moulage et deviennent dispensées en tissu en trois dimensions. Une partie du moulage est assimilée à un ballon en caoutchouc - nous dégonflons ceci pour laisser une chambre organoid creuse qui pompe et bat comme un coeur humain miniature.

Nous pouvons régler la fréquence cardiaque utilisant un stimulateur électrique, signifiant nous pouvons simuler le coeur sous différentes conditions telles que l'exercice, le charger ou dormir, et surveiller le mini-coeur utilisant des détecteurs pour mesurer des choses comme la pression et le volume.

Ceci nous permet d'effectuer des mesures que les cardiologues sont intéressés à, comme le volume systolique, fraction d'éjection, et des débits cardiaques. En combinant les mesures de pression et de volume, nous pouvons produire de la pression/de volume (PV) de boucles, qui décrivent le rendement de pompage du coeur. Cette capacité est plutôt seule pour un modèle in vitro du coeur.

Combien facile est-il pour maintenir ces mini-coeurs vivants ?

Un des autres aspects que nous sommes orientés en circuit développe la technologie pour supporter le biologics. Il n'est pas simplement au sujet des tissus de bureau d'études et d'innovation mais également du développement des bioréacteurs. Ce sont des machines qui sont utilisées pour élever et surveiller le mini-coeur.

Nous avons conçu ces bioréacteurs de sorte qu'il y ait manipulation minimale d'usager du mini-coeur, avec l'idée étant qu'elle se développera seule. Il y a un peu de l'intervention requise pour retirer le ballon de `', mais les mesures sont assez de non-intervention. Ceci aide à maximiser le débit et à réduire à un minimum la variabilité entre les usagers.

Nous avons également développé le logiciel et l'analytique qui aident des cardiologues et des scientifiques à découvrir les pleines capacités du mini-coeur. Elles sont les modèles assez sophistiqués et peuvent être employées pour produire des ensembles de données très compliqués. Ce serait une honte d'analyser juste l'amplitude de l'onde de pression, par exemple.

Si vous commencez à intégrer des mesures de pression avec le volume et le flux, vous pouvez commencer à accumuler une illustration plus complexe du fonctionnement organoid, qui contient des informations importantes sur la façon dont le système répond aux médicaments, ou la façon dont il reproduit des aspects d'une cardiopathie particulière.

Pour utiliser entièrement les ensembles de données précieux que nous obtenons d'étudier ces mini-coeurs, nous ont maintenant commencé à intégrer des technologies d'apprentissage automatique pour aider à analyser toute cette caractéristique d'une voie impartiale. Par exemple, la machine peut évaluer si un médicament a un positif ou un effet négatif basé sur la façon dont la chambre fonctionne, d'une façon très efficace et efficace.

C'est seulement les éléments de quel apprentissage automatique peut faire, en réalité, là sont beaucoup plus des subtilités. Juste un des nombreuses possibilités serait de développer les algorithmes qui peuvent être formés pour classifier automatiquement les composés neufs dans des catégories préexistantes de médicament basées sur la façon dont ils fonctionnent. Ils peuvent recenser si un médicament est un inhibiteur de canal sodium ou inhibiteur de canal calcique, par exemple.

Multichamber des mini-coeurs

Combien de temps prend-il pour produire un mini-coeur ?

Une fois que nous avons les cellules souche, cela prend un minimum de deux semaines pour transformer ceux en cardiomyocytes battants. Nous transformons alors la chambre organoid en mettant les cellules en moulage fait sur commande. Le next day, nous ajoutons quelques medias complémentaires pour aider à cultiver les cellules, et après 24 heures, nous retirons l'extérieur du moulage, donnant aux cellules l'accès total aux milieux de culture.

Dans quelques jours, les cellules commenceront à battre automatiquement et après 7-10 jours, nous retirons le ballon de silicones de l'intérieur de la structure et sommes partis avec une cavité, chambre humaine de mini-coeur de battement autonome.

Une chose passionnante au sujet de cette technologie est qu'elle emploie les cellules souche pluripotent induites (iPS). Ceci signifie que si vous êtes intéressé à regarder comment un médicament pourrait exercer des effets toxiques sur le coeur, vous pouvez le vérifier sur des cellules humaines immédiatement, avec des implications éthiques limitées.

Nous pouvons également vérifier un médicament qui est attendu pour guérir la cardiopathie sur un modèle qui est effectué avec des cellules souche à partir d'un patient présentant la maladie d'intérêt. Ceci offre un puissant outil dans la découverte de médicaments, car il peut te fournir des informations sur l'efficacité de médicament utilisant les mini-coeurs malades et le cardiotoxicity utilisant les mini-coeurs sains.

Qu'effectue le comparé tellement révolutionnaire de coeur-dans-un-choc aux outils précédents dans le développement de médicament ?

Les outils traditionnels utilisés dans le développement de médicament sont des cultures unicellulaires et de petits modèles animaux, qui ont été vérifiés pendant des décennies. Malheureusement, l'histoire nous indique que ces modèles ne sont pas particulièrement prévisionnels de la façon dont un médicament se comportera éventuel quand il a livré aux patients humains.

Nous sommes exceptionnellement bons pour guérir la cardiopathie et le cancer chez les souris et les rats, mais beaucoup de ces mêmes traitements ne sont pas efficaces ou même toxiques une fois livrés aux patients.

La technologie du mini-coeur de Novoheart offre un système humain humain utilisant les cellules humaines de coeur. C'est toute la partie de la révolution de cellule souche qui s'est produite quand des cellules d'IPS ont été développées.

Nous avons maintenant accès aux tissus humains que nous juste n'avons pas eu accès à dans le passé. Les coeurs humains sont impossibles presque à venir par car il y a tant de patients en état critique besoin d'une greffe. Il serait non conformiste pour expédier les organes nécessaires hors circuit à une compagnie pour le contrôle de médicament.

Quand nous présentons ceci aux chercheurs, ils identifient qu'il est réellement tout à fait seul et potentiellement disruptif, dans le sens qui pour la première fois, vous peut réellement avoir un coeur humain miniature dans votre laboratoire pendant plusieurs semaines.

Il n'est pas quelque chose qui va mourir après quelques heures, et il te donne les mesures de humain-détail qui devraient mieux prévoir comment les traitements se comporteront dans les patients réels. Éventuel ceci rendra des traitements plus sûrs et plus efficaces pour des patients, tout en également réduisant l'investissement gaspillé des moyens exigés pour développer un médicament qui est destiné pour échouer dans la clinique.

Le modèle a-t-il pu être employé par habitude dans le développement de médicament ?

Oui, est ce d'obtenir ce que nous essayons. Une question clé que nous travaillons pour répondre en ce moment est les la plupart moment approprié dans le pipeline de développement de mettre en application les mini-coeurs.

Naturellement, une idée est plus la tôt, le meilleur. Si quelque chose ne va pas fonctionner, pourquoi prenez la peine de passer le temps la développant ?

D'autre part, les sociétés pharmaceutiques ont des bibliothèques contenir des milliers de composés qui elles sont intéressées par l'examen critique, ainsi développer un mini-coeur pour chacun n'est pas très pratique avec un tel système. Pour l'examen critique de stade précoce, vous avez besoin d'une analyse avec beaucoup de haut débit.

Nous imaginons que la remarque de bon moment pour l'usage de la technologie de Novoheart est mi-étape dans le pipeline de développement de médicament, quand vous avez déjà recensé quelques composés de plomb, peut-être quelques douzaines environ, que vous commencez à investir sérieusement dedans et à penser à déménager aux études des animaux. Avant de faire ceci, vous aviez l'habitude les chambres organoid comme écran pour aviser comment avancer.

Pour Novoheart, les mini-coeurs sont une première étape. Nous sommes des spécialistes en coeur ainsi elle a semblé raisonnable pour que nous commencent là.  D'ailleurs, le cardiotoxicity est l'une des raisons de clavette que les médicaments échouent dans les tests cliniques. Éventuel nous voulons intégrer des organoids de coeur avec les organoids et les organoids etc. de foie de poumon, pour accumuler un système entier.

Le développement des technologies de bioréacteur a été conçu avec ce régime à l'esprit. Nous comptons qu'à un moment donné nous aurons plusieurs organoids agir l'un sur l'autre tout et étant surveillé par le même bioréacteur, et espérons que ceci pourrait éventuellement pouvoir remonter des modèles animaux totalement.

Quel est prochain pour Novoheart ?

Plus immédiatement qu'un mini « humain-dans-un-choc », je pense que la validation est encore principale et une de nos plus grandes priorités est de continuer à produire des caractéristiques qui présentent où ces organoids brillent et où ils nous donnent des avantages clairs comparés à d'autres systèmes. Nous voulons également découvrir et surmonter toutes les limitations aussi bien.

Un des défis avec employer des cellules souche comme produit de départ est que les cellules de coeur que vous dérivez de ceux tendent à être immatures. Vous pouvez imaginer que si vous étudiez des cellules embryonnaires, la première différenciation qui vous obtenez est coeur embryonnaire et alors il est plutôt un muscle cardiaque nouveau-né et se transforme alors éventuellement en muscle cardiaque adulte. Dans la durée, cette prend quelques décennies.

Nous pensons que dans un réglage de laboratoire, nous pouvons accélérer ce procédé et piloter la maturation beaucoup plus rapidement, nous permettant d'étudier les effets d'un médicament à chaque stade de développement.

Récent, nous avons découvert que si nous comparons les signatures de maturation des cardiomyocytes dans une 2D culture de tissu contre une chambre organoid cardiaque, ils mûrissent plus rapidement dans la chambre organoid en réponse à plus de système « comme un coeur ». Ils sont plus prévisionnels de la façon dont un coeur adulte répondrait à quelques différents médicaments que nous avions vérifié.

Une des autres choses que nous continuons à faire est de pousser les limites sur les organoids et de comprendre comment elles se comportent sous plus de systèmes divers.

Nous commençons à augmenter les genres de modèles de la maladie que nous pouvons représenter pour inclure des cardiopathies plus acquises, qui sont beaucoup plus répandues dans la population humaine.

Nous augmentons également le débit de nos systèmes de sorte que de plus grandes populations de ces organoids puissent être vérifiées en même temps, qui devraient les rendre plus utiles en sélectant des médicaments pour des tests cliniques.

Nous continuons également continuellement à améliorer nos aspects d'analyse et d'apprentissage automatique de caractéristiques.  Totalement, je pense qui est ce qui discerne éventuel le genre de caractéristiques que nous obtenons et ce qui nous pouvons faire avec celle des caractéristiques contre un certain nombre d'autres concurrents, en maximisant l'information et la capacité prévisionnelle de la plate-forme de MyHeart TM de Novoheart des analyses humaines de cardiaque-détail.

Où peuvent les lecteurs trouver plus d'informations ?

Au sujet de M. Kevin Costa

M. Kevin Costa est l'un des Co-fondateurs scientifiques de Novoheart et a servi de CHF depuis 2017. Il est actuel le directeur du bureau d'études cardiovasculaire de cellules et de tissu à l'École de Médecine d'Icahn au mont Sinaï à New York City.

Kevin a aidé à développer une des systèmes cardiaques d'abord conçus de tissu ainsi que de plusieurs technologies cardiaques de bureau d'études de tissu. Depuis 2009, il avait travaillé avec professeur Ronald Li pour traduire de tels systèmes en cellules humaines.

Le travail a reçu le financement de recherches de la fondation de Whitaker, du National Science Foundation (NSF) et des instituts de la santé nationaux (NIH ; NHLBI, NIBIB, et NIGMS). Kevin était également un bénéficiaire de la première récompense de développement de la vie professionnelle de corps enseignant prestigieux (CARRIÈRE) du NSF.

Au sujet de Novoheart

Novoheart est une société de biotechnologie globale de cellule souche frayant un chemin un choix de prototypes humains de la deuxième génération de tissu cardiaque. C'est la première société dans le monde pour avoir des pompes humaines vivantes conçues de coeur de miniature qui peuvent révolutionner la découverte de médicaments, aidant à épargner l'heure et l'argent pour développer la thérapeutique neuve.

Kate Anderton

Written by

Kate Anderton

Kate Anderton is a Biomedical Sciences graduate (B.Sc.) from Lancaster University. She manages the editorial content on News-Medical and carries out interviews with world-renowned medical and life sciences researchers. She also interviews innovative industry leaders who are helping to bring the next generation of medical technologies to market.

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