评估药物心血管安全性的细胞模型及方法技术

本发明专利技术属于药物评估与筛选领域，更具体而言，本发明专利技术提供了一种用于评估药物心血管安全性的细胞模型，所述细胞模型包括离体的人源心肌细胞和内皮细胞，以及使用该模型评估药物心血管安全性的方法。本发明专利技术通过提供一种多细胞的综合平台，尤其是同一来源的多细胞模型，从而更加准确地评估药物心血管安全性，同时利用特定患者的多能干细胞诱导的心肌细胞和内皮细胞，提供个体化药物的筛选方法。提供个体化药物的筛选方法。提供个体化药物的筛选方法。

【技术实现步骤摘要】
评估药物心血管安全性的细胞模型及方法


[0001]本专利技术属于药物评估与筛选领域，更具体而言，本专利技术涉及一种用于评估药物心血管安全性的细胞模型、以及使用该细胞模型评估药物心血管安全性的方法。

技术介绍

[0002]药物引起的毒性，尤其是心血管毒性，是候选药物停用和上市后停药的重要原因。从1950年到2017年，约14％的药物因为严重的心血管不良事件而退出市场，所述心血管不良事件主要是指心肌损伤、心力衰竭、心律失常、高血压、血管病变和冠心病等心血管副作用。不仅如此，由于基因、疾病和环境等差异，导致不同患者对药物毒性的敏感性也不尽相同。为了将与药物开发相关的心脏风险降至最低，美国食品和药物管理局(FDA)和制药行业都要求在药物开发的早期进行体外心血管毒性筛查，以便在上市前检测潜在的心血管不良反应。
[0003]因此，及早识别具有潜在毒性的候选药物在药物开发过程中至关重要。
[0004]动物模型和原代细胞系及永生化细胞系是在临床前药物试验中确定有效性和安全性的最常见模型。动物模型是药物临床前安全性评估首要的研究模型，其优点是可以作为接近人体的生物系统研究生物学和病理生理学。常用的哺乳动物模型，如啮齿动物和非人类灵长类动物，长期以来一直与人类体外系统并行，以验证与人类疾病相关的机制研究。人类捐献者身上提取的原代细胞比动物模型更直接地反映了人体的生理和病理，是评估药物心血管毒性的理想细胞，在模拟人类疾病和测试药物的有效性和毒性方面更加准确。体外心血管毒性筛选所用的永生化细胞系主要是依赖于在中国仓鼠卵巢(CHO)细胞或人胚胎肾(HEK)细胞等转基因细胞系中人工表达单个心脏离子通道，该方法在评估具有潜在致心律失常特性的化合物方面是可靠的。
[0005]然而，传统的动物模型和体外细胞模型没有显示出足够的预测能力，并限制了将实验结果向患者的外推，从而导致药物开发过程中的高磨损率。
[0006]由于心脏结构、电生理学和遗传学方面的种属差异，以及与人类临床试验数据的相关性较差，动物模型不能准确预测人类心脏病理生理学。这些差异包括心率的差异(老鼠每分钟跳动400到600次，人类每分钟跳动60到100次)以及参与心脏动作电位的钙钾电流差异等。这些差异可能导致临床前药物安全性研究的不准确结果，并最终导致临床试验期间的药物失败。
[0007]原代细胞尽管是临床前药物安全评估理想的方法，但很难获取和维护，在培养过程中寿命非常短。例如，人类冠状动脉内皮细胞必须从人类捐献者的冠状动脉中提取，过程复杂，且在培养中不能充分扩增。由于原代人心肌细胞是终末分化的，因此不可能获得足够数量的细胞进行体外毒性筛选。
[0008]CHO细胞或HEK细胞等是表达单个离子通道的永生化细胞系，缺乏重要的心脏特征和离子通道，不能准确地模拟人类心脏的相关遗传、细胞或生化特征，也不能完全概括心肌细胞的细胞环境。由于心脏电生理学是由多个离子通道的并发活动调节的，因此，筛选像
CHO细胞或HEK细胞单独阻断单个离子通道的药物可能产生假阴性(如阿夫唑嗪)和假阳性(如维拉帕米)，可能导致潜在致命药物上市而有价值药物终止研究或上市。
[0009]由于以上模型中存在的种种问题，FDA和制药企业对更具预测性的临床前心血管分析的需求是强烈的。随着人多能干细胞(hPSC)的发现和hPSC向感兴趣细胞类型分化方案的建立，hPSC分化细胞因其在毒性评价和药物筛选方面的潜在应用而受到广泛关注。作为动物模型和原代细胞的替代品，hPSC避开了与动物和原代细胞模型相关的许多问题，并允许大规模生产特定于疾病和患者的功能细胞。人多能干细胞(hPSC)包括人诱导多能干细胞(hiPSC)和胚胎干细胞(hESC)，可以在体外大量产生人源心血管细胞，这为药物临床前心血管安全评价提供了一个很有前途的平台。虽然目前多能干细胞衍生的心肌细胞或内皮细胞为评估和预测药物毒理学提供了极好的资源，但在现实中，药物对人体产生毒性并不是只影响单一谱系。
[0010]因此，本领域亟需一种多细胞的综合平台，尤其是同一遗传背景的多细胞模型，从而更加准确地评估药物心血管安全性，同时提供个体化药物的筛选方法。

技术实现思路

[0011]如上所述，通过传统的细胞模型获得的临床前药物安全性的研究结果不够准确。因此，本领域亟需一种多细胞的综合平台，尤其是同一遗传背景的多细胞模型，从而更加准确地评估药物心血管安全性，同时提供个体化药物的筛选方法。
[0012]因此，在第一方面，本专利技术提供了一种用于评估药物心血管安全性的细胞模型，所述细胞模型包括离体的人源心肌细胞和内皮细胞。
[0013]在第二方面，本专利技术提供了一种用于评估药物心血管安全性的方法，包括：
[0014](1)将本专利技术第一方面的细胞模型所包括的心肌细胞和内皮细胞与不同浓度的待评估药物孵育；
[0015](2)检测孵育后的心肌细胞的细胞活力和动作电位的变化、以及孵育后的内皮细胞的细胞活力、成管形成和乙酰化低密度脂蛋白摄取的变化；并且
[0016](3)根据所述心肌细胞的细胞活力和动作电位的变化以及所述内皮细胞的细胞活力、成管形成和乙酰化低密度脂蛋白摄取的变化来判断所述待评估药物对心血管是否安全。
[0017]本专利技术的有益效果：
[0018]1)由于人多能干细胞(hPSC)具有无限的自我更新和分化能力，因此其可以在相同遗传背景下产生大量的人源心肌细胞和内皮细胞，这些细胞可以保持更长的时间，因此允许进行更长时间的药物研究和重复实验，为临床前药物在心血管方面的评估提供了一种新的、有前途的细胞模型。
[0019]2)使用同一来源的人心肌细胞和内皮细胞同时进行药物评估，从而获得比单一的心肌细胞或内皮细胞更加准确的评估结果。
[0020]3)通过利用特定患者的人多能干细胞诱导的心肌细胞和内皮细胞，为发现新的药物靶点和个体化药物的筛选提供了方法，使个性化医疗策略成为可能。
附图说明
[0021]图1为本专利技术细胞模型的工作原理图。
[0022]图2示出了不同浓度阿霉素对hiPSC
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CM或hESC
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CM细胞活力影响的实验结果图，其中，图A和图B分别为经CCK8检测法检测的阿霉素对hiPSC
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CM和hESC
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CM的细胞活力影响，图C和图D分别为经ATP检测法检测的阿霉素对hiPSC
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CM和hESC
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CM的ATP水平影响(***表示该组实验数据与对照组比较，在统计学上有非常显著差异(P<0.001))。
[0023]图3示出了不同浓度阿霉素对hiPSC
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CM或hESC
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CM电生理影响的实验结果图，其中，图A为阿霉素对hiPSC
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CM或hESC
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CM动作电位波形图，图B为阿霉素对hiPSC
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CM或hESC
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CM动作电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于评估药物心血管安全性的细胞模型，所述细胞模型包括离体的人源心肌细胞和内皮细胞。2.根据权利要求1所述的细胞模型，其中所述心肌细胞和内皮细胞来源于同一供体。3.根据权利要求1
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2中任一项所述的细胞模型，其中所述心肌细胞和内皮细胞是由人多能干细胞获得的。4.根据权利要求3所述的细胞模型，其中，所述人多能干细胞是人源诱导性多能干细胞或人胚胎干细胞。5.根据权利要求3或4所述的细胞模型，其中所述心肌细胞是通过添加Wnt信号通路激活剂例如CHIR
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99021、Wnt信号通路抑制剂例如Wnt
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C59、IWR
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1、IWR
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2、IWP
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2、IWP
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4、细胞因子例如激活素A和骨形态发生蛋白4中的一种或者多种来定向诱导人多能干细胞获得的，更优选地，所述心肌细胞的纯度至少为85％。6.根据权利要求3
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5中任一项所述的细胞模型，其中所述内皮细胞是通过添加Wnt信号通路激活剂例如CHIR
‑
99021以及细胞因子例如激活素A、骨形态发生蛋白4、血管内皮生长因子和碱性成纤维细胞生长因子中的一种或者多种来定向诱导人多能干细胞获得的，更优选地，所述内皮细胞的纯度至少为90％。7.根据权利要求1
‑
6中任一项所述的细胞模型，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡士军，雷伟，倪萱，沈振亚，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：