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Prädiktive Kardiotoxizitätstestung auf der Basis humaner stammzell-abgeleiteter Kardiomyozyte

Projekt

Ernährung und Verbraucherschutz

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Ernährung und Verbraucherschutz


Förderkennzeichen: BfR-ZEBET-08-1328-539
Laufzeit: 01.11.2015 - 30.04.2017
Forschungszweck: Angewandte Forschung

Toxische Nebenwirkungen stellen ein ernstes Problem bei der Wirkstoffentwicklung dar. Aus negativen Effekten auf die Herzfunktion resultieren direkt lebensgefährliche Auswirkungen auf Probanden in Phase-I-Studien. Aus dieser Problematik resultierte die Einführung von Tierversuchen, z.T. an großen Säugetieren wie Hunden. Gleichwohl sind diese Verfahren nicht frei von falsch-positiven sowie falsch-negativen Ergebnissen. Zudem sind sie tierethisch bedenklich. Kardiomyozyten, die sich aus humanen pluripotenten Stammzellen (hPS-Zellen) ableiten lassen, können hier eine potente Alternative darstellen. Dieses System basiert auf einem integriert-humanen Zellkontext, und seine Aussagekraft wurde in den letzten Jahren durch zahlreiche Krankheitsmodellierungsstudien dargelegt. Für die Routineanwendung in der Sicherheitspharmakologie gibt es jedoch technische Hürden zu überwinden. Dies voranzutreiben ist Gegenstand des vorliegenden Antrags. Ich schlage hier vor, einen optimierten Arbeitsablauf für die routinemäßige Kardiotoxizitätstestung auf der Basis hPS-zellabgeleiteter Kardiomyozyten zu etablieren - in enger Abstimmung mit einem Kooperationspartner aus der pharmazeutischen Industrie. Die Optimierungsstrategien betreffen die Expansion stammzellabgeleiteter Kardiomozyten, deren mögliche Konservierung durch Einfrieren und ihre anschließende Reaktivierung, die Handhabung der Kardiomyozyten auf Multielektrodenchips sowie die mögliche Verbesserung der methodischen Sensitivität durch Verwendung patientenspezifischer hPS-Zellen. Am Ende werden standardisierte und allgemein einfach zu implementierende Protokolle mit einer realistischen Anwendungsperspektive stehen.

Beide angesprochenen Projekte sind außerordentlich erfolgreich verlaufen und konnten bis Projektende publiziert werden. Die entsprechenden Ausdrucke sind diesem Sachbericht als Zusatzmaterial beigefügt: M. Marczenke, I. Piccini, I. Mengarelli, J. Fell, A. Röpke, G. Seebohm, A.O. Verkerk*, B. Greber*, Cardiac Subtype-Specific Modelling of Kv1.5 Ion Channel Deficiency Using Human Pluripotent Stem Cells, Frontiers in Physiology, 8 (2017) 469. Wichtigste Ergebnisse: Es konnten - dank der hier erarbeiteten methodischen Verbesserungen - erstmals arrhythmieauslösende, spontane Early-Afterdepolarisierungen (EADs) im LQT3-Modell nachgewiesen werden. Eine Behandlung der Zellen mit einem auch dem zugrundeliegenden Patienten verabreichten Wirksubstanz konnte die EADs erfolgreich unterbinden. D. Malan, M. Zhang, B. Stallmeyer, J. Müller, B.K. Fleischmann, E. Schulze-Bahr, P. Sasse*, B. Greber*, Human iPS cell model of type 3 long QT syndrome recapitulates drug-based phenotype correction, Basic Res Cardiol, 111 (2016) 14. Wichtigste Ergebnisse: Die erarbeitete Methodologie erlaubte auf überzeugende Weise die subtyp-spezifische Modellierung einer Variante des genetisch bedingten Vorhofflimmerns. Unterschiedliche Wirkstoffe wurden erfolgreich auf die Induktion unregelmäßigen Kontraktionsverhaltens in atrialen Zellpräparationen getestet, um den basalen Phänotyp zu verstärken.

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