Przyspieszenie odkrywania leków dzięki zmodyfikowanej tkance serca zbliżonej do dorosłej tkanki
W Europie choroby układu krążenia odpowiadają za prawie połowę wszystkich zgonów i stanowią obciążenie dla gospodarki UE szacowane na 210 miliardów euro rocznie. Pomimo tych statystyk, w ostatniej dekadzie bardzo niewiele nowych leków sercowo-naczyniowych trafiło do pacjentów. Jednym z głównych powodów jest brak predykcyjnych modeli przedklinicznych, które mogłyby wiarygodnie przewidywać reakcje u ludzi przed wprowadzeniem leków do kosztownych badań na zwierzętach i prób klinicznych.
Rozwiązanie wąskich gardeł w opracowywaniu leków kardiologicznych
Finansowany ze środków UE projekt EMAPS-Cardio(odnośnik otworzy się w nowym oknie) rozpoczęto w celu sprostania temu wyzwaniu poprzez opracowanie bardziej realistycznych modeli ludzkiego serca do badań przesiewowych leków na wczesnym etapie. Projekt odpowiada na rosnące zapotrzebowanie na systemy in vitro, które lepiej odzwierciedlają fizjologię dorosłego człowieka i może wykrywać zarówno skuteczność terapeutyczną, jak i kardiotoksyczność na wczesnym etapie. „Naszą wizją jest zwiększenie wydajności i niezawodności opracowywania leków poprzez wykorzystanie modeli opartych na ludziach, które miałyby wartość prognostyczną od samego początku” — wyjaśnia koordynator projektu Christian Bergaud. U podstaw projektu leży ambicja przekształcenia ludzkich indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w dojrzałe kardiomiocyty poza ich typowym stanem płodowym. Jak dotąd ten brak dojrzałości ograniczał przydatność technologii „serce na chipie”.
Odtwarzanie naturalnego środowiska serca
Projekt EMAPS-Cardio łączy zaawansowaną naukę o materiałach z bioinżynierią, aby osiągnąć dojrzewanie podobne jak u dorosłego człowieka. Wygenerowana platforma integruje rusztowania na bazie polimerów, które zapewniają subtelną stymulację elektryczną i mechaniczną komórek serca. Pomaga to komórkom zachowywać się bardziej jak w ludzkim ciele. Równolegle, specjalny bioreaktor stosuje rytmiczne rozciąganie mechaniczne za pomocą systemu napędzanego magnesem, który naśladuje naturalne bicie serca. Zestaw ten stale monitoruje również poziom pH, tlenu, glukozy i mleczanów, umożliwiając długoterminową ocenę zdrowia i metabolizmu tkanek. „Tym, co wyróżnia projekt EMAPS-Cardio, jest fakt, że nie skupiamy się na jednym bodźcu” — zauważa Bergaud. „Łączymy elektromechaniczne uruchamianie z kontrolą biochemiczną i ciągłym wykrywaniem w jednym zintegrowanym systemie”.
Testowanie platformy iASiS
Naukowcy zweryfikowali podejście projektu EMAPS-Cardio przy użyciu modeli istotnych dla choroby, w tym arytmii, przerostu i niedokrwienia. Znane leki sercowo-naczyniowe i związki kardiotoksyczne, takie jak bisfenol A były testowane na platformie EMAPS-Cardio(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Zespół wykrył wyraźny wpływ na aktywność elektryczną, sygnalizację wapniową, ekspresję genów i profile metaboliczne. Wyniki te pokazują, że platforma może niezawodnie przechwytywać funkcjonalne odpowiedzi na leki, co uzasadnia jej wykorzystanie zarówno do badań przesiewowych skuteczności, jak i bezpieczeństwa. Co ważne, technologie te umożliwiają równoległe pomiary w standardowych formatach, dzięki czemu są kompatybilne z wysokowydajnymi przepływami pracy wymaganymi przez przemysł.
Uzupełnianie i ograniczanie badań na zwierzętach
Chociaż systemy serce na chipie nie zastępują jeszcze w pełni modeli zwierzęcych, projekt EMAPS-Cardio pokazuje, w jaki sposób mogą one znacznie zmniejszyć zależność od nich. Ludzkie mikrotkanki zapewniają bardziej odpowiedni kontekst biologiczny i otwierają nowe możliwości dla medycyny spersonalizowanej, w której komórki specyficzne dla pacjenta mogą być wykorzystywane do przewidywania indywidualnych odpowiedzi na leki. Co ważne, agencje regulacyjne zaczynają doceniać wartość zaawansowanych modeli in vitro, a rola dojrzałych systemów, takich jak EMAPS-Cardio, w opracowywaniu leków będzie nadal rosła.
Plany na przyszłość
W dalszej perspektywie konsorcjum dąży do zwiększenia skali technologii, poprawy solidności i usprawnienia przepływów pracy do rutynowego stosowania w badaniach farmaceutycznych. Poza kardiologią, zasady stymulacji elektromechanicznej opracowane w projekcie EMAPS-Cardio mają bezpośrednie zastosowanie do innych tkanek, takich jak mięśnie szkieletowe, skóra i tkanka płucna. „Po dalszym udoskonaleniu, rozwiązania projektu EMAPS-Cardio mogą zostać zaadaptowane do spersonalizowanego przewidywania odpowiedzi na leki, co przybliża nas do terapii dostosowanych do potrzeb pacjentów” — podsumowuje Bergaud.
