Il mini Cuore-in-un-Barattolo umano che potrebbe l'un giorno sostituire la sperimentazione animale

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

Un'intervista con Dott. Kevin Costa, discutente il modello miniaturizzato del cuore-in-un-barattolo sviluppato da Novoheart e le sue applicazioni nella medicina personale.

Che cosa è il mini cuore-in-un-barattolo?

Il mini-cuore è un 3D costruito, camera di cuore umana miniatura vivente destinata per imitare la funzione di pompaggio del cuore umano. È un modello organoid unicamerale che è circa un centimetro di diametro, rappresentando il ventricolo che è la camera chiave nel cuore per sangue di pompaggio attraverso l'organismo ed anche quello che è il più suscettibile delle aritmia e delle malattie che pregiudicano avversamente la funzione del cuore.

Mini-cuori - vista laterale - Novoheart

Cominciamo con le cellule staminali pluripotent umane e differenziamo questi nei cardiomyocytes ventricolare-specifici, che sono caratteristici dei ventricoli. Poi includiamo queste celle in una matrice dell'idrogel fatta del collageno e di altri fattori supportanti che sono colate nello stampo sviluppato. L'attaccatura delle cellule alla matrice durante una coppia di giorni e si sviluppa in una cavità, forma sferica, seguente la muffa.

Con tempo nella cultura, le celle comprimono il collageno intorno alla muffa e sono organizzate in un tessuto tridimensionale. La parte della muffa è simile ad un pallone di gomma - deflazioniamo questo per lasciare una camera organoid vuota che pompa e batte come un cuore umano miniatura.

Possiamo gestire la frequenza cardiaca facendo uso di uno stimolatore cardiaco elettrico, significante noi possiamo simulare il cuore in termini vari quale l'esercizio, sollecitare o dormire e riflettere il mini-cuore facendo uso dei sensori per misurare le cose come pressione e volume.

Ciò permette che noi effettuiamo le misure che i cardiologi siano interessati in, quali il volume sistolico, la frazione di espulsione ed il volume del sangue arterioso. Combinando le misure del volume e di pressione, possiamo generare la pressione/volume (PV) dei cicli, che descrivono il risparmio di temi di pompaggio del cuore. Questa capacità è piuttosto unica per un modello in vitro del cuore.

Quanto facile è per tenere questi mini-cuori vivi?

Uno degli altri aspetti che siamo messi a fuoco sopra sta sviluppando la tecnologia per supportare il biologics. Non è appena circa i tessuti innovare e di assistenza tecnica ma anche lo sviluppo dei bioreattori. Questi sono commputer che sono utilizzati per coltivare e riflettere il mini-cuore.

Abbiamo progettato questi bioreattori in modo che ci fosse manipolazione minima dell'utente del mini-cuore, con l'idea che è che si svilupperà da sè. C'è un po'di intervento stato necessario per ritirare il pallone del `', ma le misure sono abbastanza di non-intervento. Ciò contribuisce a massimizzare la capacità di lavorazione e minimizzare la variabilità fra gli utenti.

Egualmente abbiamo sviluppato il software e l'analisi dei dati che aiutano i cardiologi e gli scienziati a scoprire le capacità complete del mini-cuore. Sono modelli abbastanza specializzati e possono essere usate per generare i gruppi di dati molto complicati. Sarebbe una vergogna analizzare appena l'ampiezza dell'onda di pressione, per esempio.

Se cominciate integrare le misure di pressione con volume e flusso, potete cominciare sviluppare una maschera più complessa della funzione organoid, che contiene le informazioni importanti circa come il sistema risponde alle droghe, o come riproduce gli aspetti di una malattia di cuore particolare.

Per completamente utilizzare i gruppi di dati che apprezzati otteniamo dallo studio dei questi mini-cuori, noi ora hanno iniziato ad integrare le tecnologie di apprendimento automatico per contribuire ad analizzare tutti questi dati in un modo imparziale. Per esempio, il commputer può valutare se una droga sta avendo un positivo o un effetto negativo basato su come la camera sta funzionando, in un modo altamente efficiente ed efficace.

Ciò è soltanto le basi di che apprendimento automatico può fare, in realtà, là è molto più finezze. Appena uno delle molte possibilità sarebbe di sviluppare gli algoritmi che possono essere preparati per classificare automaticamente i nuovi composti nelle categorie preesistenti della droga basate su come funzionano. Possono identificare se una droga è uno stampo del canale del sodio o stampo del canale del calcio, per esempio.

Multichamber dei mini-cuori

Quanto ci vuole per creare un mini-cuore?

Una volta che abbiamo le cellule staminali, richiede un minimo di due settimane per trasformare quelli nei cardiomyocytes battenti. Poi trasformiamo la camera organoid collocando le celle la muffa su ordinazione. Il giorno successivo, aggiungiamo alcuni media supplementari per contribuire a coltivare le celle e dopo 24 ore, eliminiamo l'esterno della muffa, dante alle celle il pieno accesso ai terreni di coltura.

Entro una coppia di giorni, le celle cominceranno automaticamente battere e dopo i 7-10 giorni, eliminiamo il pallone del silicone dall'interno della struttura e siamo andati con una cavità, camera umana del mini-cuore di battitura autonoma.

Una cosa emozionante circa questa tecnologia è che usa le cellule staminali pluripotent incitate (iPS). Ciò significa che se siete interessato nell'esame come una droga potrebbe avere effetti tossici sul cuore, potete verificarlo immediatamente sulle cellule umane, con le implicazioni etiche limitate.

Possiamo anche provare una droga che si pensa che faccia maturare la malattia di cuore su un modello che è fatto con le cellule staminali da un paziente con la malattia di interesse. Ciò offre uno strumento potente nella scoperta della droga, poichè può fornirgli le informazioni sia su efficacia della droga facendo uso dei mini-cuori malati che sulla cardiotossicità facendo uso dei mini-cuori sani.

Che cosa fa il rivoluzionario del cuore-in-un-barattolo così confrontato agli strumenti precedenti nello sviluppo della droga?

Gli strumenti tradizionali utilizzati nello sviluppo della droga sono culture unicellulari e piccoli modelli animali, che sono stati provati a decadi. Purtroppo, la cronologia ci dice che quei modelli non sono particolarmente premonitori di come una droga infine si comporterà quando ha consegnato ai pazienti umani.

Siamo eccezionalmente buoni a curare la malattia di cuore ed il cancro in mouse ed in ratti, ma molte quelle stesse terapie non sono efficaci o persino tossiche una volta consegnate ai pazienti.

La tecnologia del mini-cuore di Novoheart offre ad un sistema basato a umana facendo uso delle celle umane del cuore. È tutta la parte della rivoluzione della cellula staminale che ha accaduto quando le celle di IPS sono state sviluppate.

Ora abbiamo accesso ai tessuti umani che non abbiamo avuti appena accesso a nel passato. I cuori umani sono quasi impossibli da ottenere poichè ci sono tanti pazienti criticamente malati necessitante un trapianto. Sarebbe immorale spedire gli organi necessari fuori ad una società per la prova della droga.

Quando presentiamo questo ai ricercatori, riconoscono che è realmente abbastanza unico e potenzialmente perturbatore, nel senso che per la prima volta, voi può realmente avere un cuore umano miniatura nel vostro laboratorio per parecchie settimane.

Non è qualcosa che stia andando morire dopo una coppia di ore e vi dà le misure umano-specifiche che dovrebbero predire meglio come le terapie si comporteranno in pazienti reali. Infine questo renderà le terapie più sicure e più efficaci per i pazienti, mentre però diminuendo l'investimento sprecato delle risorse richieste per sviluppare una droga che è destinata per venire a mancare nella clinica.

Ha potuto il modello essere utilizzato ordinariamente nello sviluppo della droga?

Sì, quello è cui stiamo tentando d'ottenere. Una questione chiave che stiamo lavorando per rispondere a ora è la la maggior parte momento appropriato nella conduttura dello sviluppo applicare i mini-cuori.

Naturalmente, un'idea è il più in anticipo, il migliore. Se qualcosa non sta andando lavorare, perché preoccupi di spendere il tempo che lo sviluppa?

D'altra parte, le ditte farmaceutiche hanno librerie contenere migliaia di composti che sono interessate nella selezione, in modo da sviluppare un mini-cuore per ciascuno non è molto pratico con un tal sistema. Per la selezione della fase iniziale, avete bisogno di un'analisi con capacità di lavorazione molto più alta.

Immaginiamo che il punto di momento giusto per usando la tecnologia di Novoheart sia mezzo fase nella conduttura dello sviluppo della droga, quando già avete identificato alcuni composti di piombo, forse una coppia di dozzine circa, che state cominciando investire seriamente dentro e pensare a muoverti verso gli studi sugli animali. Prima di fare questo, usereste le camere organoid come schermo per informare come muoverti in avanti.

Per Novoheart, i mini-cuori sono un primo punto. Siamo specialisti di cuore in modo da ha avuto significato affinchè noi cominci là.  Inoltre, la cardiotossicità è una delle ragioni che di tasto le droghe vengono a mancare nei test clinici. Infine vogliamo integrare i organoids del cuore con i organoids del fegato e i organoids ecc. del polmone, per sviluppare un intero sistema.

Lo sviluppo tecnologico del bioreattore è stato progettato con quella pianificazione in mente. Prevediamo che ad un certo momento abbiamo parecchi organoids interamente interagire ed essendo riflettendo dallo stesso bioreattore e speriamo che questo potrebbe finalmente potere sostituire i modelli animali complessivamente.

Che cosa è seguente per Novoheart?

Più immediatamente di mini “umano-in-un-barattolo„, penso che la convalida sia ancora chiave ed una delle nostre più grandi priorità è di continuare a generare i dati che montrano dove questi organoids splendono e dove ci danno i chiari vantaggi confrontati ad altri sistemi. Egualmente vogliamo scoprire e sormontare tutte le limitazioni pure.

Una delle sfide con usando le cellule staminali come il prodotto base è che le celle che del cuore derivate da quelli tendono ad essere acerbe. Potete immaginare che se state studiando le celle embrionali, la prima differenziazione che ottenete sia cuore embrionale e poi diventate più simile ad un muscolo di cuore neonato e poi finalmente vi trasformate in un muscolo di cuore adulto. Nella vita, quella richiede una coppia di decadi.

Pensiamo che in una regolazione del laboratorio, possiamo accelerare quel trattamento e determinare molto più rapidamente la maturazione, permettendoci di studiare gli effetti di una droga in ogni fase dello sviluppo.

Recentemente, abbiamo scoperto quello se confrontiamo le impronte di maturazione dei cardiomyocytes in una 2D cultura del tessuto contro una camera organoid cardiaca, essi maturiamo più velocemente nella camera organoid in risposta ad un più sistema “del tipo di cuore„. Sono più premonitori di come un cuore adulto risponderebbe ad alcune droghe differenti che stiamo provando.

Una delle altre cose che stiamo continuando a fare è di spingere i limiti sui organoids e di capire come si comportano con più sistemi vari.

Stiamo cominciando aumentare i generi di modelli di malattia che possiamo rappresentare per comprendere le malattie di cuore acquistate, che sono molto più prevalenti nella popolazione umana.

Egualmente stiamo aumentando la capacità di lavorazione dei nostri sistemi in moda da potere provare le più grandi popolazioni di questi organoids allo stesso tempo, che dovrebbero renderli più utili nel selezionare le droghe per i test clinici.

Egualmente stiamo continuando costantemente a migliorare i nostri aspetti dell'analisi e di apprendimento automatico di dati.  Complessivamente, penso che è che cosa infine distingue il genere di dati che otteniamo e che cosa possiamo fare con quello i dati contro una serie di altri concorrenti, mediante l'elevazione le informazioni e dell'attendibilità previsionale della piattaforma del MyHeart TM di Novoheart delle analisi cardiaco-specifiche umane.

Dove possono i lettori trovare più informazioni?

Circa Dott. Kevin Costa

Il Dott. Kevin Costa è uno dei co-fondatori scientifici di Novoheart ed ha servito da CSO dal 2017. È corrente il Direttore di assistenza tecnica cardiovascolare del tessuto e delle cellule alla scuola di medicina di Icahn al monte Sinai in New York.

Kevin ha contribuito a mettere a punto una dei sistemi cardiaci in primo luogo costruiti del tessuto come pure di parecchie tecnologie cardiache di assistenza tecnica del tessuto. Dal 2009, sta lavorando con il professor Ronald Li per tradurre tali sistemi in cellule umane.

Il lavoro ha ricevuto il finanziamento della ricerca dalle fondamenta di Whitaker, dal National Science Foundation (NSF) e dagli istituti della sanità nazionali (NIH; NHLBI, NIBIB e NIGMS). Kevin era egualmente un destinatario del premio in anticipo dello sviluppo di carriera della facoltà prestigiosa (CARRIERA) dal NSF.

Circa Novoheart

Novoheart è una società di biotecnologia globale della cellula staminale che apre la strada ad una schiera dei prototipi umani di prossima generazione del tessuto del cuore. È la prima società nel mondo per avere pompe umane viventi costruite del cuore della miniatura che possono rivoluzionare la scoperta della droga, contribuendo a risparmiare il tempo e la moneta per sviluppare la nuova terapeutica.

Kate Anderton

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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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