Recientemente, investigadores de la Universidad de Chiba desarrollaron un método no invasivo que combina tomografía de impedancia eléctrica y activación de voltaje extracelular para evaluar los efectos de los fármacos en los canales iónicos. El sensor de placa de circuito impreso resultante permite monitorear en tiempo real cómo los fármacos recientemente desarrollados pueden afectar el flujo de iones en los canales, proporcionando una alternativa barata y precisa a los métodos tradicionales, como las técnicas de parche y más. Allana el camino para una clínica eficiente y concisa. ensayos. En el proceso de descubrimiento de fármacos.
Al desarrollar nuevos medicamentos, es muy importante comprender sus efectos sobre los canales iónicos del cuerpo, como el canal iónico humano relacionado con el gen éter-a-go-go (hERG) que se encuentra en las neuronas y las células del músculo cardíaco. El bloqueo de los canales hERG puede alterar los ritmos cardíacos normales, lo que lleva a una afección potencialmente mortal conocida como torsade de pointes. Los métodos actuales para evaluar estos efectos suelen implicar procedimientos invasivos como técnicas de parche o microscopía de fluorescencia. Estos métodos alteran las propiedades de las células y pueden afectar la precisión de las mediciones, lo que requiere equipos y experiencia especializados, lo que aumenta el costo y la complejidad.
Para abordar estos desafíos, investigadores dirigidos por Daisuke Kawashima, profesor asistente de la Escuela de Graduados en Ingeniería de la Universidad de Chiba, han propuesto un nuevo método no invasivo para la evaluación en tiempo real de los efectos de los fármacos en los canales hERG. Desarrollaron un sensor de placa de circuito impreso (PCB) que integra la tomografía de impedancia eléctrica (EIT) con la activación de voltaje extracelular (EVA). EIT mide los cambios de impedancia causados por la movilidad de los iones, lo que ofrece información espacial sobre la distribución de iones extracelulares. EVA implica la aplicación de voltajes extracelulares controlados para inducir cambios en la actividad del canal iónico. Este enfoque integrado permite a los investigadores activar de forma no invasiva los canales hERG y monitorear los cambios en el flujo de iones en tiempo real en respuesta a la exposición al fármaco.
El estudio fue publicado en la revistaLaboratorio en un chip El 23 de mayo de 2024. Incluyó contribuciones del Profesor Asistente Songshi Li y el Profesor Masahiro Takei de la Escuela de Graduados en Ingeniería de la Universidad de Chiba, así como del Profesor Asociado Satoshi Ogaswara y el Profesor Takeshi Murata de la Escuela de Graduados en Ciencias de la Universidad de Chiba.
“Se espera que esta técnica de imágenes sirva como una nueva plataforma tecnológica de medición y diagnóstico para el descubrimiento clínico y de fármacos”, afirma el Dr. Kawashima.
El sensor de PCB EIT-EVA está hecho de fibra de vidrio epoxi no conductora (FR-4 TG130) y mide 100 mm × 70 mm × 1,6 mm. Tiene 16 electrodos para mediciones EIT dispuestos alrededor de un electrodo de activación central para activación de EVA. Así es como funciona: las células bajo investigación se colocan en el sensor para detectar los efectos de los fármacos en los canales iónicos. Se aplica un voltaje escalonado al electrodo de activación, que cambia la distribución de potencial en el medio extracelular que rodea las células. Este cambio afecta el potencial de la membrana celular, activando canales iónicos dependientes de voltaje, como los canales hERG. Cuando estos canales se abren, los iones de potasio salen de las células, cambiando la resistencia de la célula, que se mide mediante el sistema EIT.
Luego se observa el efecto del fármaco sobre el canal iónico mediante el seguimiento de los cambios en la conductancia de las células. Si los medicamentos no bloquean los canales hERG, la concentración de iones de potasio fuera de las células aumenta rápidamente. Sin embargo, si el fármaco bloquea los canales, este aumento se ralentiza. El sistema calcula un índice de relación de intersección (Y) al medir la rapidez con la que la concentración de iones extracelulares cambia con el tiempo, muestra en qué medida el fármaco inhibe los canales hERG.
Para probar su mecanismo, los investigadores trataron células HEK 293 genéticamente modificadas con canales hERG en diversas concentraciones (0 nM, 1 nM, 3 nM, 10 nM, 30 nM y 100 nM expusieron la suspensión al fármaco antiarrítmico E-4031). . Después de mezclar el fármaco y la suspensión celular en el sensor usando una micropipeta, realizaron una medición EIT de referencia durante 20 segundos para establecer una línea de base para la movilidad de los iones. Luego, alternaron ciclos de 20 segundos de activación de EVA y mediciones de EIT.
Cuando EVA activó los canales hERG, la resistencia extracelular disminuyó en comparación con el valor inicial (debido al aumento de la concentración de iones potasio). Sin embargo, a medida que la concentración de E-4031 aumentó y bloqueó los canales hERG, se transfirieron menos iones de potasio de la región intracelular a la región extracelular, lo que resultó en una disminución más lenta de la resistencia.
De Y En la curva de respuesta, los investigadores encontraron que la concentración inhibidora media máxima, o concentración del fármaco necesaria para inhibir la función del canal hERG en un 50%, era de 2,7 nM. Este valor indica una fuerte correlación (R2 = 0,85) con resultados obtenidos mediante el método establecido de parche-clamp, lo que indica una estrecha concordancia entre las dos técnicas. En comparación con los métodos tradicionales de detección del canal hERG, el método propuesto no es invasivo, tiene un tiempo de respuesta rápido y no requiere capacitación especial. “Esto podría conducir a pruebas preclínicas más eficientes y más cortas en el proceso de descubrimiento de fármacos”, concluyó el Dr. Kawashima.
