从单药作用走向药物组合的电生理评价

药物组合对心脏电活动的影响,可能与单独使用每个药物时不同。2025 年 11 月 10 日,FDA 研究团队发表先导研究,使用人诱导多能干细胞来源心肌细胞(human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes,hiPSC-CMs),考察 2 种复极作用方向相反的药物在同一模型中的组合效应。

研究选择莫西沙星(moxifloxacin)与考比司他(cobicistat):前者在当前体系中延长复极,后者缩短复极。作者借这组药物研究组合效应怎样被人源心肌模型测量,以及单一电生理指标与多个功能指标会提供怎样不同的信息。

同一平台观察电活动与收缩

团队将 hiPSC-CMs 与多电极阵列(multielectrode array,MEA)平台结合,记录场电位、局部细胞外动作电位(local extracellular action potential,LEAP)和搏动相关变化。场电位时程采用 Fridericia 方法校正,记为 FPDcF,以便在搏动频率变化时比较复极。

平台还以阻抗信号观察收缩相关参数。研究因此同时检查复极、动作电位形态、搏动频率及收缩幅度。多个指标来自同一类人源细胞模型,用于比较电活动与机械功能是否发生不同方向的变化。

不同浓度组合呈现不同的复极变化

在固定莫西沙星、逐步增加考比司他的条件下,原有的复极延长随考比司他增加而减弱。反过来,固定考比司他并增加莫西沙星时,莫西沙星使原有的复极缩短趋于减轻,但组合的净效应仍可表现为相对于溶剂对照的缩短。

药物比例和各自作用强度影响最终结果。研究还在 LEAP 指标中观察相关变化,为场电位结果提供另一种电生理测量。

论文给出一组接近临床最高暴露浓度的体外比较:莫西沙星单药使校正场电位时程较对照延长约 17.0 毫秒;加入考比司他后,组合结果转为较对照缩短约 11.8 毫秒。这个变化来自细胞模型中测得的净电生理作用。

固定莫西沙星、改变考比司他时,人 iPSC 来源心肌细胞的场电位、搏动频率和钠离子相关尖峰参数,图示包含代表波形与汇总数据。
固定莫西沙星、改变考比司他时,人 iPSC 来源心肌细胞的场电位、搏动频率和钠离子相关尖峰参数,图示包含代表波形与汇总数据。(Robert M. Geiger et al. / Frontiers in drug discovery, 2025, Fig. 2;CC BY 4.0)窄屏可横向滑动查看完整图表。

复极变化之外,搏动和收缩也会改变

在考比司他浓度较高时,组合处理可使自发搏动频率增加,同时收缩幅度下降。

研究观察到部分条件下钠离子相关的场电位尖峰幅度下降。作者提出,考比司他对内向离子电流的阻断,可能抵消莫西沙星阻断外向电流造成的复极延长;搏动加快伴随收缩幅度下降,也与钙通道阻断的特征相符。这些机制解释仍需直接离子通道实验检验。

高暴露条件下的早期后除极样事件

为考察异常电活动,团队另使用高于治疗暴露范围的莫西沙星条件。在这一实验中,6 个孔中的 4 个出现早期后除极(early afterdepolarization,EAD)样事件;加入考比司他后,6 个孔中未观察到同类事件。作者通过 LEAP 记录识别并比较这些异常事件。

研究又将电生理参数输入既有的尖端扭转型室性心动过速(torsade de pointes,TdP)预测框架。莫西沙星单药被归为高或中等风险,联合考比司他后归为低风险,与 EAD 样事件减少的观察一致。

急性细胞作用与药物暴露

文章主要研究短时间暴露下的直接心肌作用。hiPSC-CMs 保留人源细胞背景,但仍具有与成熟成人心肌不同的特征,并以自发搏动体系开展分析。这些特征会影响搏动频率、动作电位及药物反应的解释。

作者还讨论名义浓度与游离药物暴露的差异。药物与培养体系或接触材料结合后,细胞实际接触的量可能改变;本研究没有直接测量这一差异。因此,组合趋势可以在本模型内比较,但与其他系统或临床暴露对应时,需要额外的暴露资料。

扩大药物组合并验证离子通道机制

作者提出后续需要扩大药物组合、开展更直接的离子通道研究,并考虑长期暴露和临床资料的对应关系。

来源与延伸阅读

  1. Geiger RM, Serna C III, Bhardwaj B, et al. Towards human cardiac new approach methodologies (NAMs) to evaluate the combination of repolarization prolonging and shortening drugs: a pilot study. Frontiers in Drug Discovery. Published 2025-11-10. doi:10.3389/fddsv.2025.1679626. ↗

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