人源心肌模型、药物功能指标与患者及人体组织对照的关系
人源心肌模型的药物测试用途与人体对照验证概念(J&E Bio 原创)(J&E Bio)

人源心肌模型提供药物测试机会

欧洲心脏病学会(European Society of Cardiology,ESC)的心肌功能工作组和心脏细胞生物学工作组在 2022 年共识中讨论动物模型与无动物方法。共识认为,人源干细胞模型有望在细胞和器官样组织层面评价新药毒性与药效,但复杂心血管疾病及部分体内药物研究仍需动物模型。

患者来源的诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)可把患者遗传背景带入体外模型。作者讨论了这类细胞在药物作用机制、高通量测试和多细胞三维心脏组织中的用途。

高通量筛选需要兼顾测量难度

作者梳理了心肌细胞增殖、细胞面积等筛选指标,以及抑制病理性聚集、保护心肌细胞免受药物毒性影响和调节钙处理等筛选目标。电活动及收缩力是重要功能指标,但高通量测量对设备要求更高,也受到细胞未成熟的影响。共识还引用了原代人心脏成纤维细胞筛选,用于寻找针对心脏纤维化和舒张功能障碍的候选药物。

未成熟细胞只能呈现部分心脏功能

共识指出,iPSC 来源心肌细胞更接近胎儿表型,线粒体和能量代谢与成人心肌存在差异,细胞制备也可能出现批次差异。这些体外模型只能呈现部分与疾病相关的整体器官功能;血管化和灌流、长期疾病过程及合并代谢疾病仍是难点。作者认为,当时常规的这类心肌细胞培养还无法呈现肝、肠或脑与心脏之间的相互作用。

模型验证需要患者与人体组织对照

作者把模型能否反映人体病理生理作为验证重点,提出应与患者特征及人心肌组织样本对照,并指出体外心脏模型与临床表型仍有距离。性别差异也是尚待充分研究的问题。共识主张综合动物研究、无动物模型和患者资料的结果,以改善心血管药物研究。

来源与延伸阅读

  1. Animal models and animal-free innovations for cardiovascular research: current status and routes to be explored. Consensus document of the ESC Working Group on Myocardial Function and the ESC Working Group on Cellular Biology of the Heart. Cardiovascular Research. 2022;118(15):3016–3051. doi:10.1093/cvr/cvab370 ↗