心脏毒性体外模型：axoCells心室肌细胞对28种 CiPA 心脏毒性化合物panel的外部验证

01- 心脏毒性背景

心脏毒性是制药行业中药物监管审批失败的主要原因之一，使其成为药物开发中公认的挑战。心脏安全药理学面临着一些明确的挑战，其中Torsades de Pointes,TdP和其他致命性心律失常导致了14个主要药物的撤市。为筛查这些风险，使用了多种心脏毒性模型，包括体内（动物）模型、原代细胞模型（直接取自人或动物的细胞），以及体外转染了离子通道的永生化细胞。尽管这些模型提供了一些价值，但“实验室”与“临床”之间仍存在转化差距。

改进体外单离子通道模型的方法可能是“多离子通道”模型，因为它们能更好地代表驱动人类心脏动作电位的复杂离子通道活动（如下图）。这些模型可以显示出特征性的初始去极化，主要由于早期钠通道，平/台期则是由钙离子流入和钾离子流出之间的平衡形成，快速复极则由钾通道（主要是hERG通道）驱动。hERG通道的阻滞会导致动作电位持续时间（APD）延长和心律失常。重现这种相互作用对生理相关模型很重要。

（图片来源于网络：https://jingyan.baidu.com/article/4b52d702d8fc7dbd5d774b29.html）

这正是人类诱导性多能干细胞（iPSCs）展现巨大潜力的地方。iPSCs通过对人类供体材料进行重编程获得，可以分化成心脏细胞，用于构建体外模型。由于这些细胞保留了供体的特征（包括疾病突变、复杂的离子通道活性和功能表现），它们能够提供更具人类相关性的模型，用于研究和心脏毒性筛查。

随着FDA现代化法案2.0/3.0推动iPSC技术的更大量应用，Axol与健康与环境科学研究所（HESI）合作，并对axoCells iPSC衍生心室肌细胞(kit货号：ax2508)进行了综合体外致心律失常测试（CiPA）化合物panel的外部验证，证明了axoCells iPSC衍生心室肌细胞（kit货号：ax2508）在心脏毒性模型中的价值，是经CiPA验证的商业可用的心肌细胞株。

关于CiPA - 综合体外致心律失常试验

综合促心律失常检测（CiPA）计划是国际层面上，由多个监管机构（包括FDA、欧洲EMA、加拿大卫生部和日本NIHS）于2013年启动的项目，旨在开发比hERG检测和彻底QT研究更具specific药物促心律失常潜力检测方法，建立临床前药物心血管危险性评估的新体系和新标准 ，以更准确地预测临床心律失常风险，提高临床前药物筛选的准确性和有效性，同时让绝大多数新药可以免于做 QT 人体临床试验，达到降低新药研发费用的目的。

CiPA包括四个核心环节：（1）心脏多种离子通道评价（2）动作电位的计算机虚拟重建（3）iPSC诱导分化心肌细胞模型（4）临床心电图评估

结合人类心肌细胞、计算机技术和多通道系统，使TdP风险的预测性得到改善，并已用于指导监管要求以评估心脏毒性风险。了解更多信息请访问：https://cipaproject.org

02- 实验材料

Axol iPSC来源心肌细胞（货号ax2508）被用于测试实验。

主要特点：

· 解冻后3天自发跳动，7天即可进行检测

· 经过所有28种CiPA化合物的验证

· 在ISO:9001认证的生产设施中制造，严格质量控制

· 被世界范围内前沿的生物制药公司和学术机构用于研究和心脏毒性测试

· 表型表征范围较广，包括形态学、免疫细胞化学和RNA测序，以评估其在基于iPSC的心脏毒性模型中的实用性。

图中axoCells心室心肌细胞（货号ax2508）细胞关键标志物的免疫细胞化学染色。展示了包括肌节对齐在内的关键形态学特征。图像1、2和4的放大倍率为63倍；图像3：40x。比例尺= 20µm。

axoCells 心房心肌细胞试剂盒（货号axo2500）

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03- 实验方法

CiPA化合物测试时，用到的axoCells iPSC衍生的心室心肌细胞（ax2508）被送往Clyde Biosciences进行外部评估，使用他们的CellOPTIQ系统来测量这些细胞对28种CiPA化合物的反应。简而言之，细胞在培养6天后，使用无血清培养基和电压敏感染料（VSD）进行孵育，并以四种浓度处理化合物（n=6）。对照/阴性对照为0.1% DMSO。阳性对照为3nM的多非利特。

04- 结果

验证数据显示axoCells心室肌细胞（ax2508）对CiPApanel中的28种化合物均有预期的反应。每种化合物在不同浓度下的反应都被记录，并评估是否有心律失常和静息（在记录图上标记为Q）的证据。所有28种化合物的数据可应要求提供，下方展示了三种关键化合物的结果。

4.1 试验化合物：多非利特(TdP高风险)，是经典hERG通道阻滞剂，在0.3nM - 10nM浓度下处理心肌细胞。

结果显示：多非利特(TdP高风险)处理，即使在minimun浓度下也表现出强烈的hERG阻滞，没有早期去极化(EADs)，但高浓度的细胞处于静止状态。

4.2 测试化合物：拉诺嗪（低TdP风险），浓度范围为0.1μM到100μM，具有多重离子通道效应（早期Na+、晚期Na+和hERG离子通道）。

结果显示，在10μM浓度下，动作电位持续时间（APD）延长（hERG阻滞）；在100μM浓度下，观察到动作电位三角化，并且部分孔中出现了静息状态（早期Na+通道阻滞）

4.3 试验化合物：维拉帕米(低TdP风险)，钙通道阻滞剂，0.001 μM - 1 μM处理心肌细胞。

结果显示：在0.001 μM浓度下，动作电位持续时间（APD）延长且三角化增加（hERG阻滞）；在0.1 μM浓度下，APD缩短（L型Ca2+通道阻滞），表现出预期的药物反应。

4.4 通过评估90%去极化时动作电位持续时间（APD90）的maximum变化、治疗浓度下APD90的变化以及心律失常事件的证据。

（图片为axoCells心室心肌细胞（ax2508）对所有28种CiPA化合物的总结数据）

结果显示axoCells心室心肌细胞（ax2508）对所有28种CiPA化合物的反应程度与其致扭转性室性心动过速（TdP）的风险成正比，即具有较高TdP风险的药物显示出更大的动作电位持续时间变化或早期再极化及静息事件。

05- 结论

1、为了对axoCells心室心肌细胞进行体外心脏安全性筛查的独立评估，寻求了外部合作伙伴。将这些心肌细胞与28种已知有扭转性室性心动过速（TdP）风险的化合物进行了测试，并在不同浓度下与已知化合物的效果进行了比较。

2、axoCells心室心肌细胞对所有28种CiPA化合物表现出了预期的药理反应，从而验证了它们在心毒性筛查模型中的应用。

3、axoCells源自人诱导多能干细胞（hiPSC）的心室心肌细胞表达了多种关键离子通道，并能够对钙通道阻滞剂如硝苯地平和钠通道阻滞剂如特非那定作出反应。特别是，能观察到动作电位持续时间的延长，这是QT延长的代表性指标，反映了对hERG通道阻滞的反应。

4、关键的是，根据已知化合物的风险特征观察到了分级响应。因此，axoCells心室心肌细胞可以用于筛查hERG通道阻滞和相关的TdP风险。

5、总之，axoCells心室心肌细胞适用于体外心脏安全性测试和新化合物的心律失常风险检测的人生理相关的体外模型。

axoCells关键优势总结

· 大规模、质量和一致性

· 单独为共培养而设计

· 功能表现优良

· 快速成熟时间

· 符合伦理

关于英国Axol Bioscience

提供iPSC来源的神经元和心肌细胞

2013年成立，总部位于英国剑桥。成立以来一直聚焦于iPSC领域技术产品的开发制造和服务，致力开发更好的人类疾病模型。作为基于 iPSC 的神经科学、疼痛与感觉、心血管、眼科（AMD）、皮肤病等领域药物发现和筛选市场产品和服务解决方案的供应商，Axol Bioscience提供符合伦理、大规模质量一致的功能性iPSC衍生神经元、心肌细胞和皮脂细胞等即用型细胞产品。

上海曼博生物是Axol Bioscience中国官方代理商。更多详细资料/报价/CRO合作可联系上海曼博生物。

参考文献

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