多孔板洗涤设备。
来源:TheSvedberg / Wikimedia Commons(CC BY-SA 4.0)

患者细胞与纠正对照用于比较松弛功能

限制型心肌病的一个关键表现是心肌僵硬及舒张松弛受损。美国团队在 Cell Reports Medicine 报道了 1 名携带 FLNC 基因变异的患者的细胞模型,并据此寻找改善松弛的候选药物。FLNC 编码细丝蛋白 C(filamin C)。

细胞来自 1 名携带 FLNC 框内缺失变异的患者。研究者获得诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC),并建立纠正该变异的同遗传背景对照。分化后,患者心肌细胞的搏动幅度、收缩和松弛速度降低。

患者细胞的钙瞬变幅度较高、到峰时间较短,同时钙衰减时间常数 τ 延长,提示松弛阶段的钙回收较慢。

团队将心肌细胞与原代心脏成纤维细胞包在纤维蛋白凝胶中,构成固定于双柱之间的工程化心肌组织。柱位移可换算为主动收缩力及最大松弛时仍存在的被动张力。

钙衰减指标用于 2,185 种化合物初筛

三维患者组织表现出较高被动张力和较慢松弛速度。研究还把同一变异引入另一个带钙荧光报告信号的细胞背景,得到相似的组织异常,用于进一步筛选。

初筛采用 384 孔板和 3 个药物库,总计 2,185 种化合物。每种药物浓度为 10 μM,在处理前、处理后 1 小时和 3 小时分别采集钙荧光;每孔以自身基线作参照。

初筛开展 1 轮。研究者按两个处理时点的 τ 变化排序,再从两个时点各自的前 100 个候选中取交集。PDE3 抑制剂 trequinsin 是主要候选,初筛使 τ 缩短约 50%。

在患者细胞和纠正细胞中复测,trequinsin 均可显著缩短 τ。候选随后进入组织机械功能验证。

三维组织直接记录松弛和被动张力

培养约 4 周的组织接受 10 μM trequinsin,在 1 Hz 电刺激下比较处理前后反应。1 小时后,患者组织被动张力降低,两种遗传背景的收缩及松弛速度提高。

达到 50% 收缩和 50% 松弛的时间也改善。组织裂解物中的蛋白激酶 A(protein kinase A,PKA)活性增加,为药物作用补充了分子层面的检测。

另外两个初筛候选的反应不同:17α-羟孕酮没有提高组织松弛速度;denbuphylline 在患者组织中提高了 3 小时后的松弛速度。

这套验证将钙信号衰减与组织机械运动分别测量,复测结果也显示不同候选的效应范围存在差异。

短时处理后检测异常节律与细胞损伤

研究另在单层心肌细胞中测试异常节律。E-4031 阳性参照在 0.5 Hz 刺激下诱发异常钙活动,trequinsin 在所测浓度下未产生同样反应。

组织处理 3 小时后的上清乳酸脱氢酶没有显著增加。组织视频采集采用盲法,关键实验通常来自至少 3 次独立分化;trequinsin 组织复测每种遗传背景包含 11–12 条组织。

作者强调,这一模型主要针对一个 FLNC 变异,药物测试也集中在短时作用。其他限制型心肌病背景、长期处理及非心肌细胞的疾病作用仍需分别研究。

来源与延伸阅读

  1. Engineered cardiac tissue model of restrictive cardiomyopathy for drug discovery. Cell Reports Medicine (2023). ↗

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