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tecnología del ‘Corazón-en-uno-microprocesador’ revelada

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Los medicamentos de venta con receta han permitido a millones de americanos con dolencias crónicas vivir vidas más largas y más satisfacientes, pero muchas nuevas drogas prometedoras nunca lo hacen a los ensayos humanos efectúan debido al potencial para la toxicidad cardiaca.

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Con tecnología del “corazón-en-uno-microprocesador” -- modelando un corazón humano en un microprocesador dirigido y la medición de los efectos de la exposición compuesta sobre funciones del tejido del corazón usando los microelectrodos -- Los investigadores de Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) esperan disminuir la época necesaria para los nuevos ensayos de la droga y asegurar las drogas potencialmente salvavidas sea seguro y de manera efectiva mientras que reduce la necesidad del ser humano y de ensayos con animales. La investigación es parte del proyecto del iCHIP del laboratorio (plataforma de investigación humana Microprocesador-basada in vitro), que replica sistemas humanos en las plataformas dirigidas para probar los efectos de compuestos químicos y biológicos tóxicos.

La investigación, publicada en línea el 18 de abril en el laboratorio del diario sobre un microprocesador, describe la grabación acertada de señales eléctricas y del golpeo celular de las células humanas normales del corazón crecidas en un arsenal multi-electrodo desarrollado en el laboratorio. Es el primer diseño, según los investigadores, capaces simultáneamente de trazar la electrofisiología y la frecuencia de la contracción de las células.

“Esta plataforma permite que usted haga la investigación de la alto-producción de drogas farmacéuticas y predecir sus efectos sobre el corazón,” dijo al investigador principal Elizabeth Wheeler del iCHIP. “Esta investigación permite que midamos dos funciones del corazón, de la contracción y de la electrofisiología, por primera vez. Todavía hay validación y datos que necesitamos, pero permitiría eventual que redujéramos la necesidad de ensayos con animales.”

Los investigadores dijeron que la capacidad de registrar esas dos funciones sería útil a las compañías farmacéuticas porque podría alertar fabricantes de la droga a los problemas cardiacos causados por una droga temprano en el proceso antes de alcanzar la etapa de ensayo clínica. Cardiotoxicity es un efecto secundario frecuente de muchas nuevas drogas y contribuye a menudo a su último fracaso. Otras drogas con frecuencia prescritas, tales como agentes de la quimioterapia, también se saben para ser cardiotóxicas. La investigación usando el microprocesador del corazón podría proporcionar la información experimental sobre cómo las drogas trabajan para poder diseñar nuevos compuestos para evitar estas trampas.

Los “problemas del corazón se pueden causar por muchas diversas razones,” dijo al investigador Fang Qian, el autor importante del LLNL del papel. “Podría ser debido a la conducción anormal de la señal eléctrica en el corazón (tal como arritmia), o a la fuerza debilitada de la contracción de músculos cardíacos (como la cardiomiopatía), o de ambos. Una plataforma que lee solamente una sola función no puede decirnos exactamente cuál es incorrecto.”

El “corazón-en-uno-microprocesador,” que construye de la investigación acertada anterior del iCHIP sobre los sistemas nerviosos periféricos y centrales, implica el uso cardiacos humanos celulares por hasta nueve días en el microprocesador dirigido. Asombroso, estas células naturalmente y crecen espontáneamente en un tejido bidimensional del corazón que los contratos o comienzo “a batir” después de dos días en cultura. El tejido fue expuesto a la noradrenalina, una droga del estimulante usada para tratar tensión arterial baja y paro cardíaco, y la señal eléctrica y el golpeo creciente de las células, similares a qué sucedería en el cuerpo.

El cambio en “ritmo cardíaco” fue medido usando los electrodos altamente sensibles en el arsenal del microelectrodo. Los investigadores concluyeron la plataforma podrían exactamente y no invasor crecimiento, electrofisiología y latido del corazón del tejido del corazón de la medida simultáneamente y en tiempo real.

“La fuerza real de la plataforma está pudiendo medir el eléctrico y los aspectos mecánicos del corazón al mismo tiempo,” dijo al investigador Kris Kulp del LLNL. “Una de las sustancias químicas que validábamos la plataforma desempareja realmente la señal eléctrica del golpeo de la célula. Cuando las células fueron expuestas a este compuesto, las señales eléctricas continuaron normalmente, pero las células pararon el contratar. Para desarrollar con éxito las nuevas drogas, necesitamos conocer el espectro completo de los efectos que pueden tener en la función de la célula.”

La parte más desafiadora de crecer las células, según el investigador postdoctoral Chao Huang del LLNL, miraba densidades sembradas de diversa célula para encontrar uno que permanecería vivo bastante tiempo, y podría mensurable contratar y responder semejantemente a qué sería esperada en seres humanos. El investigador Anna Ivanovskaya del LLNL, que trabajó en el circuito que modelaba y que dirigía, dijo que eligiendo la geometría correcta para el microprocesador también era difícil porque la disposición influencia la señal eléctrica. Ivanovskaya dijo que ella y el equipo probaron cuatro diversas modificaciones del arsenal de electrodo antes de establecer en el derecho.

Los científicos del LLNL creen con la validación, una plataforma confiable del corazón-en-uno-microprocesador se podría utilizar para superar algunas de las limitaciones de la nueva prueba de la droga, y proporciona una evaluación completa del corazón que funcionaba en contramedidas y el desarrollo médicos de la droga. Advierten, sin embargo, que más prueba es necesaria.

“Con la alto-producción, investigación del alto-contenido usted podría probar muchas drogas al mismo tiempo y conseguir muchos datos inmediatamente,” Qian dijo. “Está escalonando cuánto dinero y hora está implicada en conseguir las drogas al mercado. Esto podía acelerar el proceso.”