„Heart-on-a-chip“, um Chemotherapien und andere Krebsmedikamente auf Herztoxizität zu testen

Eine Chemotherapie kann für Herzzellen toxisch sein. Um die Herzen von Krebspatienten zu schützen, haben Forscher von Cedars-Sinai ein dreidimensionales „Herz auf einem Chip“ entwickelt, um die Arzneimittelsicherheit zu bewerten. In einer in der Zeitschrift veröffentlichten Studie Labor auf einem ChipSie zeigen, dass das aus Stammzellen hergestellte Herz auf einem Chip die Auswirkungen von Medikamenten auf menschliche Herzzellen genau vorhersagt.

Die Forscher arbeiteten mit induzierten pluripotenten Stammzellen, das sind Blutzellen, die in Stammzellen umprogrammiert wurden und in jeden Zelltyp im Körper umgewandelt werden können. Sie nutzten die Stammzellen, um zwei Arten von Herzzellen zu erzeugen, aber anstatt sie alle zusammen in einer unstrukturierten Zellkulturschale zu platzieren, wie es bei Herztoxizitätstests üblich ist, führten die Forscher die Zellen in spezielle Chips ein.

Die 3D-Chips verfügen über zwei Kanäle, die einander kreuzen, sodass jeder Zelltyp getrennt bleibt, sie aber interagieren können. Die Chips ermöglichen zudem Bewegung und die Zufuhr von Flüssigkeiten.

„Wir haben Herzmuskelzellen und Blutgefäßzellen gezüchtet“, sagte Arun Sharma, Ph.D., Forschungswissenschaftler am Board of Governors Regenerative Medicine Institute, Smidt Heart Institute, Cedars-Sinai Cancer und der Abteilung für Biomedizinische Wissenschaften bei Cedars -Sinai und leitender Autor der Studie.

„Der Chip ermöglicht es uns, die Zellen hin und her zu dehnen, um einen Herzschlag nachzuahmen, und Flüssigkeit einzuführen, um den Blutfluss durch das Herz nachzuahmen. Es ist, als würde man den Zellen ein Training geben, das die Muskelzellen stärkt und die Bildung der Gefäßzellen ermöglicht.“ Mini-Blutgefäß-ähnliche Strukturen.“

Diese „gereiften“ Zellen bieten eine bessere Testplattform für Arzneimitteltoxizitätsstudien als Zellen, die diesen Reifungsprozess nicht durchlaufen haben, da sie der Funktionsweise erwachsener Herzzellen ähnlicher sind, sagte Sharma.

Um die Leistungsfähigkeit von Heart-on-a-Chip als Plattform für Arzneimitteltests zu demonstrieren, setzte das Forschungsteam, darunter Hauptautorin und Postdoktorandin Maedeh Mozneb, Ph.D., den Herzchip einem Chemotherapeutikum namens VEGFR/PDGFR aus -hemmender Tyrosinkinaseinhibitor, der bekanntermaßen schädliche Auswirkungen auf Herzmuskel- und Blutgefäßzellen hat. In den Herzchips wurden Schäden an beiden Zelltypen beobachtet.

Wenn zukünftige Studien weiterhin gute Ergebnisse zeigen, könnte die Heart-on-a-Chip-Technologie die Kosten für die Arzneimittelentwicklung deutlich senken und die Verfügbarkeit neuer Therapien beschleunigen.

Eine weitere zukünftige Möglichkeit für diese Herzchips ist die Entwicklung patientenspezifischer Chips zur Personalisierung der Krebsbehandlung.

„Wenn ein Krebspatient eine Behandlung erhält, die negative Auswirkungen auf sein Herz haben könnte, können wir aus einer kleinen Blutprobe induzierte pluripotente Stammzellen erzeugen“, sagte Sharma. „Wir können diese Stammzellen in Herzmuskel- und Blutgefäßzellen umwandeln und sie auf einen Chip bringen, der als personalisierter Avatar dafür dient, wie das Herz dieser Person auf die Behandlung reagieren könnte. Dies ist eine der aufregendsten Anwendungen dieser Technologie.“ Wir bringen die personalisierte Medizin am Cedars-Sinai wirklich voran.“

Eine andere Möglichkeit besteht darin, diese Chips über ein einzelnes Organ hinaus zu verwenden.

„Wir hoffen, unsere verschiedenen Organmodelle irgendwann zusammenzubringen“, sagte Clive Svendsen, Ph.D., Geschäftsführer des Board of Governors Regenerative Medicine Institute und Mitautor der Studie. „Mein Labor hat diese Technologie verfeinert, um uns bei der Entwicklung von Modellen neurologischer Erkrankungen zu helfen, und andere Labore in unserem Institut haben an Chips für die Leber und das Darmmikrobiom gearbeitet. Alle diese Chips zusammenzuführen, um ein ‚Patienten- „On-a-Chip“-Modell ist Teil unserer langfristigen Vision für Präzisionsmedizin.“