El mini Corazón-en-uno-Recipiente humano que podría un día reemplazar ensayos con animales

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

Una entrevista con el Dr. Kevin Costa, discutiendo el modelo miniaturizado del corazón-en-uno-recipiente desarrollado por Novoheart, y sus usos en remedio personalizado.

¿Cuál es el mini corazón-en-uno-recipiente?

El mini-corazón es un 3D dirigido, cámara de corazón humana miniatura de vida diseñada para imitar la función de bombeo del corazón humano. Es un modelo organoide unicameral que es alrededor de un centímetro de diámetro, representando el ventrículo que es la cámara dominante en el corazón para la sangre de bombeo a través de la carrocería, y también el que es el más susceptible a las arritmias y a las enfermedades que afectan al contrario a la función del corazón.

Mini-corazones - vista lateral - Novoheart

Comenzamos con las células madres pluripotent humanas y distinguimos éstos en los cardiomyocytes ventricular-específicos, que son característicos de los ventrículos. Entonces embutimos estas células en una matriz del hidrogel hecha del colágeno y de otros factores que soportan que se viertan en un molde desarrollado aduana. La fijación de las células a la matriz durante un par de días y crece en una depresión, forma esférica, siguiendo el molde.

Con tiempo en cultura, las células condensan el colágeno alrededor del molde y se ordenan en un tejido tridimensional. La parte del molde es similar a un globo de goma - desinflamos esto para dejar una cámara organoide hueco que bombee y bata como un corazón humano miniatura.

Podemos controlar el ritmo cardíaco usando marcapasos eléctricos, significando nosotros podemos simular el corazón bajo diversas condiciones tales como ejercicio, esfuerzo o dormir, y vigilar el mini-corazón usando los sensores para medir cosas como la presión y el volumen.

Esto permite que hagamos mediciones que los cardiólogos están interesados en, por ejemplo volumen de recorrido, la fracción de la eyección, y volumen cardiaco. Combinando las mediciones de la presión y del volumen, podemos generar la presión/el volumen (PV) de los rizos, que describen la eficiencia de bombeo del corazón. Esta capacidad es bastante única para un modelo in vitro del corazón.

¿Cómo fácil es para mantener estos mini-corazones activos?

Uno de los otros aspectos que conectado nos enfocan está desarrollando la tecnología para soportar el biologics. No está apenas sobre tejidos de la ingeniería y de la innovación sino también el revelado de biorreactores. Éstas son las máquinas que se utilizan para crecer y para vigilar el mini-corazón.

Diseñamos estos biorreactores de modo que haya manipulación mínima del utilizador del mini-corazón, con la idea siendo que crecerá en sus la propio. Hay un poco de intervención necesaria para replegarse el globo del `', pero las mediciones son bastante de no intervención. Esto ayuda a maximizar la producción y a disminuir variabilidad entre los utilizadores.

También hemos desarrollado software y los analytics que ayudan a cardiólogos y a científicos a descubrir las capacidades completas del mini-corazón. Son modelos bastante sofisticados y pueden ser utilizadas para generar grupos de datos muy complicados. Sería una vergüenza apenas analizar la amplitud de la onda de la presión, por ejemplo.

Si usted comienza a integrar mediciones de la presión con el volumen y el flujo, usted puede comenzar a aumentar un retrato más complejo de la función organoide, que contiene la información importante sobre cómo el sistema responde a las drogas, o cómo reproduce aspectos de una enfermedad cardíaca determinada.

Para utilizar completo los grupos de datos valiosos que conseguimos de estudiar estos mini-corazones, nosotros ahora han comenzado a integrar tecnologías de enseñanza de máquina para ayudar a analizar todos estos datos de una manera imparcial. Por ejemplo, la máquina puede fijar si una droga está teniendo un efecto positivo o negativo basado en cómo la cámara está trabajando, en una manera muy eficiente y efectiva.

Éste es solamente los fundamentos de qué aprendizaje de máquina puede hacer, en realidad, allí es mucho más delicadezas. Apenas uno de las muchas posibilidades sería desarrollar los algoritmos que se pueden entrenar para clasificar automáticamente nuevas composiciones en las categorías preexistentes de la droga basadas en cómo trabajan. Pueden determinar si una droga es un molde del canal del sodio o molde del canal del calcio, por ejemplo.

Multichamber de mini-corazones

¿Cuánto tiempo toma para crear un mini-corazón?

Una vez que tenemos las células madres, lleva una condición atmosférica mínima de dos semanas para girar ésos en cardiomyocytes que baten. Entonces hacemos la cámara organoide poniendo las células en el molde de encargo. El next day, agregamos algunos ambientes adicionales para ayudar a cultivar las células, y después de 24 horas, quitamos el exterior del molde, dando a las células acceso completo a los medios de cultivo.

Dentro de un par de días, las células comenzarán automáticamente a batir y después de 7-10 días, quitamos el globo del silicón por dentro de la estructura y nos vamos con una depresión, cámara humana del mini-corazón del golpeo autónomo.

Una cosa emocionante sobre esta tecnología es que utiliza a las células madres pluripotent inducidas (iPS). Esto significa que si usted está interesado en observar cómo una droga pudo tener efectos tóxicos sobre el corazón, usted puede probarlo en las células humanas inmediatamente, con implicaciones éticas limitadas.

Podemos también probar una droga que se prevea que cure enfermedad cardíaca en un modelo que se haga con las células madres de un paciente con la enfermedad del interés. Esto ofrece una herramienta potente en descubrimiento de la droga, pues puede darle la información sobre eficacia de la droga usando mini-corazones enfermos y cardiotoxicity usando mini-corazones sanos.

¿Qué hace al revolucionario del corazón-en-uno-recipiente tan comparado a las herramientas anteriores en el revelado de la droga?

Las herramientas tradicionales usadas en el revelado de la droga son las culturas unicelulares y los pequeños modelos animales, que se han probado por décadas. Lamentablemente, la historia nos informa que esos modelos no son especialmente proféticos de cómo una droga se comportará final cuando ha entregado a los pacientes humanos.

Somos excepcionalmente buenos en el curado de enfermedad cardíaca y del cáncer en ratones y ratas, pero muchas esas mismas terapias no son efectivas o aún tóxicas cuando están entregadas a los pacientes.

La tecnología del mini-corazón de Novoheart ofrece un sistema humano-basado usando las células humanas del corazón. Es toda la parte de la revolución de la célula madre que ocurrió cuando las células del IPS fueron desarrolladas.

Ahora tenemos acceso a los tejidos humanos que apenas no teníamos acceso en el pasado. Los corazones humanos son casi imposibles de venir cerca pues hay tan muchos pacientes crítico enfermos necesitando un trasplante. Sería poco ético expidir órganos necesarios lejos a una compañía para la prueba de la droga.

Cuando presentamos esto a los investigadores, reconocen que es realmente muy único y potencialmente disruptivo, en el sentido que por primera vez, usted puede real tener un corazón humano miniatura en su laboratorio por varias semanas.

No es algo que va a morir después de un par de horas, y le da las dimensiones humano-específicas que deben predecir mejor cómo las terapias se comportarán en pacientes reales. Final esto hará terapias más seguras y más de manera efectiva para los pacientes, mientras que también reduce la inversión perdida de los recursos requeridos para desarrollar una droga que se destine para fallar en la clínica.

¿Se podía el modelo utilizar rutinario en el revelado de la droga?

Sí, eso es para lo que nos estamos esforzando. Una pregunta clave que estamos trabajando para contestar ahora es la época más apropiada de la tubería del revelado de ejecutar los mini-corazones.

Por supuesto, una idea es cuanto el anterior, el mejor. ¿Si algo no va a trabajar, por qué moleste el pasar del tiempo que lo desarrolla?

Por otra parte, las compañías farmacéuticas tienen bibliotecas el contener de millares de composiciones que estén interesadas en la investigación, así que desarrollar un mini-corazón para cada uno no es muy práctico con tal sistema. Para la investigación del primero tiempo, usted necesita un análisis con una producción mucho más alta.

Nos imaginamos que el punto del momento adecuado para usar la tecnología de Novoheart es mediados de-escenario en la tubería del revelado de la droga, cuando usted ha determinado ya algunas composiciones de guía, quizá un par de docenas o así pues, que usted está comenzando a invertir seriamente hacia adentro y a pensar en trasladarse a los estudios animales. Antes de hacer esto, usted utilizaría las cámaras organoides como pantalla para informar a cómo moverse adelante.

Para Novoheart, los mini-corazones son un primer paso. Somos especialistas de corazón así que tuvo sentido para que comencemos allí.  Por otra parte, el cardiotoxicity es una de las razones de la llave que las drogas fallan en juicios clínicas. Queremos final integrar organoids del corazón con los organoids y los organoids etc. del hígado del pulmón, para aumentar un sistema entero.

El revelado de tecnología del biorreactor se ha diseñado con ese plan en mente. Contamos con que en un momento determinado tengamos varios organoids todo el obrar recíprocamente y siendo vigilado por el mismo biorreactor, y esperamos que éste pudiera eventual poder reemplazar los modelos animales en conjunto.

¿Cuál es siguiente para Novoheart?

Más inmediatamente que un mini “humano-en-uno-recipiente”, pienso que la validación es todavía dominante y una de nuestras prioridades más grandes es continuar generar los datos que muestran donde estos organoids brillan y donde nos dan las ventajas sin obstrucción comparadas a otros sistemas. También queremos descubrir y vencer cualquier limitación también.

Uno de los retos con usar a las células madres como la materia prima es que las células del corazón que usted deriva de ésos tienden a ser no maduras. Usted puede imaginarse que si usted está estudiando las células embrionarias, la primera diferenciación que usted consigue es corazón embrionario y entonces él se convierte más bién un músculo cardíaco recién nacido y después gira eventual en un músculo cardíaco adulto. En la vida, esa tarda un par de décadas.

Pensamos que en una fijación del laboratorio, podemos acelerar ese proceso e impulsar la maduración mucho más rápidamente, permitiéndonos estudiar los efectos de una droga en cada escenario del revelado.

Recientemente, descubrimos eso si comparamos las firmas de la maduración de cardiomyocytes en una 2.a cultura del tejido comparado con una cámara organoide cardiaca, ellos nos maduramos más rápidamente en la cámara organoide en respuesta a más “corazón-como” sistema. Son más proféticos de cómo un corazón adulto respondería a algunas diversas drogas que hemos estado probando.

Una de las otras cosas que estamos continuando hacer es activar los límites en los organoids y entender cómo se comportan bajo más sistemas variados.

Estamos comenzando a aumentar las clases de modelos de la enfermedad que poder representar para incluir enfermedades cardíacas detectadas, que son mucho más frecuentes en la población humana.

También estamos aumentando la producción de nuestros sistemas para poder probar poblaciones más grandes de estos organoids al mismo tiempo, que deben hacerlos más útiles en la selección de las drogas para las juicios clínicas.

También estamos continuando constante perfeccionar nuestros aspectos del aprendizaje del análisis y de máquina de datos.  En conjunto, pienso que es qué distingue final la clase de datos que obtenemos y qué podemos hacer con ése datos comparado con varios otros competidores, maximizando la información y la capacidad profética de la plataforma de MyHeart TM de Novoheart de análisis cardiaco-específicos humanos.

¿Dónde pueden los programas de lectura encontrar más información?

Sobre el Dr. Kevin Costa

El Dr. Kevin Costa es uno de los co-fundadores científicos de Novoheart y ha servido como el CSO desde 2017. Él es actualmente el director de la ingeniería cardiovascular de la célula y del tejido en la Facultad de Medicina de Icahn en el monte Sinaí en New York City.

Kevin ayudó a desarrollar una de los sistemas cardiacos primero dirigidos del tejido así como de varias tecnologías cardiacas de la ingeniería del tejido. Desde 2009, él ha estado trabajando con profesor Ronald Li para traducir tales sistemas a las células humanas.

El trabajo ha recibido el financiamiento de la investigación del asiento de Whitaker, del National Science Foundation (NSF) y de los institutos de la salud nacionales (NIH; NHLBI, NIBIB, y NIGMS). Kevin era también un beneficiario de la recompensa temprana del revelado de carrera de la facultad prestigiosa (CARRERA) del NSF.

Sobre Novoheart

Novoheart es una compañía de biotecnología global de la célula madre que promueve un arsenal de prototipos humanos del tejido del corazón de la siguiente-generación. Es la primera compañía en el mundo para tener bombas humanas de vida dirigidas del corazón de la miniatura que puedan revolucionar descubrimiento de la droga, ayudando a salvar hora y el dinero para desarrollar la nueva terapéutica.

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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