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tecnologia “del Cuore-su-un-chip” rivelata

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I farmaci da vendere su ricetta medica hanno permesso a milioni di Americani con le condizioni mediche croniche di vivere le vite più lunghe e compienti, ma molti farmaci nuovi di promessa non lo fanno mai alle prove umane mettono in scena dovuto il potenziale per la tossicità cardiaca.

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Con tecnologia «del cuore-su-un-chip» -- modellando un cuore umano su un chip costruito e sulla misurazione degli effetti di esposizione composta sulle funzioni del tessuto del cuore facendo uso dei microelettrodi -- I ricercatori di Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) sperano di fare diminuire il momento stato necessario per i nuovi test farmaceutici ed assicurare potenzialmente le droghe di salvataggio sia sicuro ed efficace mentre riducono l'esigenza dell'essere umano e della sperimentazione animale. La ricerca fa parte del progetto del iCHIP del laboratorio (a piattaforma d'investigazione umana basata a chip in vitro), che ripiega i sistemi umani sulle piattaforme costruite per verificare gli effetti dei composti chimici e biologici tossici.

La ricerca, pubblicata online il 18 aprile nel laboratorio del giornale su un chip, descrive la riuscita registrazione di entrambi i segnali elettrici e battitura cellulare dalle cellule umane normali del cuore sviluppate su una matrice dell'multi-elettrodo sviluppata al laboratorio. È la prima progettazione, secondo i ricercatori, capaci simultaneamente di tracciato sia l'elettrofisiologia che della frequenza di contrazione delle cellule.

«Questa piattaforma permette che facciate la selezione di alto-capacità di lavorazione delle droghe farmaceutiche e predire i loro effetti sul cuore,» ha detto il ricercatore principale Elizabeth Wheeler del iCHIP. «Questa ricerca permette che noi misuriamo due funzioni del cuore, della contrazione e dell'elettrofisiologia, per la prima volta. Ci sono ancora convalida e dati abbiamo bisogno di, ma finalmente permetterebbe che noi riduciamo l'esigenza di sperimentazione animale.»

I ricercatori hanno detto che la capacità di registrare quelle due funzioni sarebbe stata utile alle ditte farmaceutiche perché potrebbe avvisare i produttori della droga ai problemi cardiaci causati da una droga presto nel processo prima del raggiungimento della fase di test clinico. La cardiotossicità è un frequente effetto collaterale di molte nuove droghe e spesso contribuisce al loro ultimo guasto. Altre droghe frequentemente prescritte, quali gli agenti della chemioterapia, inoltre sono conosciute per essere cardiotossiche. La ricerca facendo uso del chip del cuore potrebbe fornire informazioni sperimentali su come le droghe funzionano in moda da potere destinare i nuovi composti per evitare questi trabocchetti.

«I problemi del cuore possono essere causati per molte ragioni differenti,» ha detto il ricercatore Fang Qian, l'autore principale del LLNL della carta. «Potrebbe essere dovuto la conduzione anormale del segnale elettrico in tutto il cuore (quale aritmia), o la forza indebolita di contrazione dei muscoli del cuore (come cardiomiopatia), o di entrambi. Una piattaforma che indica soltanto fuori una singola funzione non può dirci esattamente che cosa è sbagliato.»

«Il cuore-su-un-chip,» che costruisce fuori dalla riuscita ricerca precedente del iCHIP sull'unità periferica e sui sistemi nervosi centrali, comprende l'uso delle cellule cardiache umane coltivate per i fino a nove giorni sul chip costruito. Stupefacente, queste cellule naturalmente e si sviluppano spontaneamente in un tessuto bidimensionale del cuore che contratti o inizio «da battersi» dopo due giorni nella cultura. Il tessuto è stato esposto a norepinefrina, ad una droga dello stimolante usata per trattare l'ipotensione e ad un infarto e sia il segnale elettrico che la battitura aumentata di cellule, simili a che cosa accadrebbe nel corpo.

Il cambiamento «nella frequenza cardiaca» è stato misurato facendo uso degli elettrodi altamente sensibili nella matrice del microelettrodo. I ricercatori hanno concluso la piattaforma potrebbero esattamente e non invadente la crescita, l'elettrofisiologia e battito cardiaco del tessuto del cuore della misura simultaneamente ed in tempo reale.

«La forza reale della piattaforma sta potendo misurare sia l'elettrico che aspetti meccanici del cuore allo stesso tempo,» ha detto il ricercatore Kris Kulp del LLNL. «Uno dei prodotti chimici che abbiamo usato per convalidare la piattaforma realmente disaccoppia il segnale elettrico dalla battitura delle cellule. Quando le cellule sono state esposte a questo composto, i segnali elettrici sono continuato normalmente, ma le cellule hanno smesso di contrarrsi. Per sviluppare con successo le nuove droghe, dobbiamo conoscere la gamma completa di effetti che possono avere sulla funzione delle cellule.»

La parte di coltura più provocatoria delle cellule, secondo il ricercatore post-dottorato Chao Huang del LLNL, stava esaminando le densità di semina delle cellule differenti per trovare uno che resterebbe vivo abbastanza a lungo e potrebbe misurabile contrarrsi e rispondere similmente a che cosa sarebbe preveduto in esseri umani. Il ricercatore Anna Ivanovskaya del LLNL, che ha lavorato al circuito che modella e che costruisce, ha detto che scegliendo la giusta geometria per il chip inoltre era difficile perché la disposizione influenza il segnale elettrico. Ivanovskaya ha detto che lei ed il gruppo hanno verificato quattro modifiche differenti dello stendimento elettrodico prima della sistemazione su quello giusto.

Gli scienziati del LLNL ritengono con la convalida, una piattaforma affidabile del cuore-su-un-chip potrebbe essere utilizzata per sormontare alcune delle limitazioni di nuova prova di droga e fornisce una valutazione completa di cuore che funziona nelle contromisure e nello sviluppo medici della droga. Avvertono, tuttavia, che più prova è necessaria.

«Con alto-capacità di lavorazione, selezione del alto-contenuto potreste provare molte droghe allo stesso tempo ed ottenere molti dati immediatamente,» Qian ha detto. «È vacillante quanti soldi e tempo è compreso nell'ottenere le droghe al mercato. Ciò ha potuto accelerare il processo.»