D 2021

Cell based AFM biosensensing for screening of pulmonary-drug related arrhytmic effects

PEŠL, Martin, Jan PŘIBYL, Šimon KLIMOVIČ, Martin ŠČUREK, Deborah BECKEROVÁ et. al.

Základní údaje

Originální název

Cell based AFM biosensensing for screening of pulmonary-drug related arrhytmic effects

Autoři

PEŠL, Martin (203 Česká republika, garant, domácí), Jan PŘIBYL (203 Česká republika, domácí), Šimon KLIMOVIČ (203 Česká republika, domácí), Martin ŠČUREK (203 Česká republika, domácí), Deborah BECKEROVÁ (203 Česká republika, domácí), Kristián BRAT (703 Slovensko, domácí), Petr SKLÁDAL (203 Česká republika, domácí) a Vladimír ROTREKL (203 Česká republika, domácí)

Vydání

2021. vyd. Brno, Nanocon 2020, od s. 404-409, 6 s. 2021

Nakladatel

TANGER Ltd.

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Stať ve sborníku

Obor

21001 Nano-materials

Stát vydavatele

Česká republika

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Forma vydání

elektronická verze "online"

Odkazy

Kód RIV

RIV/00216224:14110/21:00120083

Organizační jednotka

Lékařská fakulta

ISBN

978-80-87294-98-7

ISSN

UT WoS

000664505500069

Klíčová slova anglicky

Cardiomyocyte; contraction; arrhythmia; in vitro modeling; drug adverse events; pulmonary drugs

Štítky

Příznaky

Mezinárodní význam, Recenzováno
Změněno: 2. 8. 2023 08:02, Mgr. Tereza Miškechová

Anotace

V originále

Atomic force microscopy (AFM) combined with stem cell derived human cardiomyocytes (CM) enables dynamic follow-up of cardiac contractions (e.g. beating rate, contraction and relaxation times), simultaneously with other CM biomechanical properties. Today, majority of drugs entering clinical usage needs to be tested for adverse arrhythmic effects; nevertheless, the effects on cardiomyocyte contraction are not routinely employed, only when related to cardiac pathologies. AFM-based biosensor allows in-vitro disease modeling, but also enables to monitor the effect of CM-contraction affecting drugs. Until today only few selected drugs modulating contractility and spontaneous pacing were described in animal models. This work for the first time demonstrates that basic biomechanical parameters, such as average value of contraction force and the beat rate, represent valuable pharmacological indicators of different phenotypic effects on cells without genetic burden. The presented method is robust and has low computational requirements, while keeping optimal spatial sensitivity (force detection limit 200 pN, corresponding to 20 nm displacement). The cardiac stimulating activities of drugs utilized in pneumology as aminophylline, ipratropium, and salbutamol were tested. Stimulating drugs, e.g. methylxanthines and caffeine, presented aberrant cardiomyocyte response, confirming arrhythmogenic potential, and force related fluctuations. Quantification of spontaneous contraction irregularities and related contractility changes allow precise scaling of potential negative effects adding new safety level to clinically relevant drug testing. AFM combined with human CMs serve as robust real-time screening platform for effects of pulmonary drugs. Here we describe changes in CM contractility, which is hard to describe by other screening methods and was never tested with described medication.

Návaznosti

LM2018127, projekt VaV
Název: Česká infrastruktura pro integrativní strukturní biologii (Akronym: CIISB)
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Czech Infrastructure for Integrative Structural Biology
MUNI/A/1455/2019, interní kód MU
Název: Arytmogenní efekt aminophyllinu na buněčné kultury kardiomyocytů
Investor: Masarykova univerzita, Arytmogenní efekt aminophyllinu na buněčné kultury kardiomyocytů, DO R. 2020_Kategorie A - Specifický výzkum - Studentské výzkumné projekty
NU20-06-00156, projekt VaV
Název: Vliv pneumologické medikace na funkce lidských kardiomyocytů.
Investor: Ministerstvo zdravotnictví ČR, Vliv pneumologické medikace na funkce lidských kardiomyocytů, Podprogram 1 - standardní