心肝芯片的浓度时程与心肌电活动分析
同步检测培养液和细胞裂解液中的原药、代谢物，以及心肌场电位变化，拟合区室药代药效模型。
用途与模型
- 研究用途
- 分析肝脏代谢如何减轻原药引起的心脏作用，或生成具有更强心脏作用的代谢物。
- 模型与细胞来源
- 同批人诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSC）来源心肌细胞和同批人原代肝细胞；比较心肌单独系统与心肝系统。
- 方法版本
- 2019 年心肌单培养与心肝循环系统比较
- 实验形式
- 约 2 mL 无血清培养液循环，摇动幅度 ±1°、周期 60 秒；微电极阵列（MEA）记录心肌电活动。
材料与平台
- 细胞与区室
- MEA 每片接种约 5 万个心肌细胞；肝区室约 15 万个人原代肝细胞。
- 药物与对照
- 特非那定 5 μM，0.1% DMSO 对照；另比较 AZ12818677 原药和 AZ12864610 代谢物的浓度—反应关系。
- 时间与检测
- 特非那定在 0、0.5、1、4、12、16、24 小时记录；液相色谱—质谱检测培养液和细胞裂解液，MEA 提取场电位时程与搏动频率。
- 计算模型
- 培养液、心肌、肝脏和材料 4 个药代区室，加上场电位时程药效区室；用两类系统的浓度及电活动拟合。
测量指标与分析
- 培养液及细胞裂解液原药/代谢物浓度
- 心肌场电位时程
- 搏动频率及心律失常记录
- 区室药代药效模拟
比较各区室的浓度时间曲线与相应心肌电活动，再拟合药物交换、代谢和药效延迟。使用文献药代资料作为输入，检查模拟与已有整体反应的对应。
研究设计与结果
实验条件比较
- 研究设计
- 心肌单独与心肝系统的原药代谢、电活动比较；另用一组原药—代谢物检查代谢增强心脏作用。
- 测试范围
- 特非那定电生理至少 3 个重复，浓度曲线 2 个重复；两类细胞各使用同一批次。
- 参照体系
- 0.1% DMSO、心肌单独系统、心肝系统与直接加入代谢物的心肌系统。
- 研究结果
- 肝脏降低特非那定暴露及场电位反应。AZ12818677 在心肝系统引起反应的 EC50 约 2.7 μM，仅含心肌约 13.2 μM；直接代谢物约 1.2 μM。
适用条件与研究局限
- 早期严重心律失常时，场电位时程无法量化，应与可测时间点分别解释。
- 细胞裂解液浓度并非游离胞内浓度；只比较同批细胞及少量药物。
- 模型低估部分豚鼠反应；人体模拟用匹配文献峰浓度和曲线下面积的假设时程，并无配对人体浓度—心脏反应验证。
来源与原文
- On the potential of in vitro organ-chip models to define temporal pharmacokinetic-pharmacodynamic relationships原始研究 · Scientific Reports · 2019-07-03