Kardiomyocyty diferencované z lidských indukovaných pluripotentních buněk: Výhody a úskalí jejich využití při studiu dědičných arytmií

BÉBAROVÁ, Markéta, Martin KRÁL, Olga ŠVECOVÁ, Štefan ZELENÁK, Jiří PACHERNÍK, Tomáš BÁRTA a Tomáš NOVOTNÝ. Kardiomyocyty diferencované z lidských indukovaných pluripotentních buněk: Výhody a úskalí jejich využití při studiu dědičných arytmií. In 50. pracovní konference Komise experimentální kardiologie. 2023.

Základní údaje

• Originální název: Kardiomyocyty diferencované z lidských indukovaných pluripotentních buněk: Výhody a úskalí jejich využití při studiu dědičných arytmií
• Název anglicky: Cardiomyocytes differentiated from human induced pluripotent stem cells: advantages and disadvantages of their use in the study of hereditary arrhythmias
• Autoři: BÉBAROVÁ, Markéta (203 Česká republika, garant, domácí), Martin KRÁL (203 Česká republika, domácí), Olga ŠVECOVÁ (203 Česká republika), Štefan ZELENÁK (703 Slovensko, domácí), Jiří PACHERNÍK (203 Česká republika), Tomáš BÁRTA (203 Česká republika, domácí) a Tomáš NOVOTNÝ (203 Česká republika, domácí).
• Vydání: 50. pracovní konference Komise experimentální kardiologie, 2023.

Další údaje

• Originální jazyk: čeština
• Typ výsledku: Konferenční abstrakt
• Obor: 30201 Cardiac and Cardiovascular systems
• Stát vydavatele: Česká republika
• Utajení: není předmětem státního či obchodního tajemství
• Kód RIV: RIV/00216224:14110/23:00134661
• Organizační jednotka: Lékařská fakulta
• Klíčová slova česky: hiPSC; kardiomyocyt; dědičné arytmie; FPD; korekce na frekvenci výbojů
• Klíčová slova anglicky: hiPSC; cardiomyocyte; hereditary arrhythmias; FPD; correction on the beating rate

Anotace

Úvod: Experimentální studium podstaty dědičných arytmií je možné různými způsoby, od in vitro analýzy změn vlastností iontových kanálů transfekovaných na buněčné linii po in vivo zkoumání na animálním modelu. V posledních letech se stal slibným a čím dále častěji využívaným modelem pro studium dědičných arytmií model pacient-specifických kardiomyocytů diferencovaných z lidských indukovaných pluripotentních buněk (hiPSCCM). Jeho výhody jsou nesporné. Získat se zcela minimální zátěží pro pacienta jeho vlastní kardiomyocyty a moci je podrobit, díky nekonečné možnosti množení hiPSC, prakticky jakkoli rozsáhlé řadě in vitro testů je ohromující a neumožňuje to žádný z dalších možných modelů. Na druhou stranu jde o technicky, časově i finančně velmi náročnou metodiku. Zásadním problémem je nezralost získaných hiPSC-CM. Žádný z diferenciačních protokolů používaných v současnosti neumožňuje dosáhnout dostatečné zralosti srovnatelné s dospělými kardiomyocyty. To limituje přenos získaných poznatků do klinické praxe. Metodika: Pro indukci vytvoření hiPSC a jejich následnou diferenciaci do hiPSC-CM trvající 30-60 dní byly využity dříve publikované standardní protokoly. hiPSC-CM byly umístěny a kultivovány na multielectrode arrays (MEAs; 60-6wellMEA200/30iR-Ti) a proběhlo extracelulární snímání elektrické aktivity preparátu (MEA2100-Lite-System) při 37 °C po dobu 5 min, jednak v Tyrodově roztoku (kontrolní podmínky) a dále po přidání 100 nM isoprenalinu (ISO). Ze získaných záznamů byly získány hodnoty délky cyklu (CL) a trvání potenciálu pole (FPD) během poslední minuty snímání, tj. v ustáleném stavu. FPD bylo korigováno na frekvenci pomocí rovnic dle Bazetta a Frideria (FPDc,B, resp. FPDc,F). Korelace FPD, FPDc,B a FPDc,F s CL byla prověřena pomocí lineárního fitu dat a stanovením Pearsonova koeficientu r. Pro tuto práci byly použity záznamy z celkem 10 nezávislých vzorků „zdravých“ hiPSC-CM. Normalita rozložení dat byla testována Shapiro-Wilkovovým testem; data s normálním rozložením (Pearsonův koeficient r) - průměr ± SEM, ANOVA; data bez normálního rozložení (všechna mimo r) - medián (Q1, Q3), Mann-Whitneyův test. Výsledky: Průměrné hodnoty CL a FPD byly 1,217 s, resp. 122,3 ms u CON a 1,051 s, resp. 106,4 ms u ISO (CON vs. ISO – P pod 001 u CL i FPD). Po korekci FPD na frekvenci (FPDc,B a FPDc,F) jsme prověřili závislost FPD, FPDc,B a FPDc,F na CL s výslednými průměrnými hodnotami Pearsonova koeficientu r = 0,101 ± 0,084 (r signifikantní u 2 vzorků, u 1 při pozitivním r), -0,252 ± 0,135 (r signifikantní u 4 vzorků, u všech 4 s negativním r), resp. -0,157 ± 0,121 (r signifikantní u 3 vzorků, u všech 3 s negativním r) u CON a 0,070 ± 0,096 (r signifikantní u 3 vzorků, u 2 při pozitivním r), -0,530 ± 0,149 (r signifikantní u 8 vzorků, u všech 8 s negativním r), resp. -0,459 ± 0,150 (r signifikantní u 8 vzorků, u všech 8 s negativním r) u ISO. Jen u jednoho vzorku došlo v CON i ISO po korekci FPD na frekvenci k očekávanému zrušení signifikantní pozitivní korelace mezi FPD a CL. Korekce na frekvenci velmi často vedla k umělému vytvoření signifikantní negativní korelace mezi FPDc,B, resp. FPDc,F a CL. Závěr: Je zřejmé, že mezi FPD a CL u většiny námi naměřených vzorků hiPSC-CM nelze pozorovat významnou pozitivní korelaci oproti obvyklé pozitivní korelaci mezi intervaly QT a RR na EKG. Korekce na frekvenci pomocí rovnic dle Bazetta a Fridericia běžně užívaných v klinické praxi situaci spíše zhoršuje. V rámci analýzy obdobných dat se tedy zdá lepší zmíněnou korekci neprovádět, případně vyvinout specifický vzorec pro daný typ preparátu, což však bude možné až po naměření většího souboru dat.

Anotace anglicky

Experimental study of the nature of heritable arrhythmias is possible in a variety of ways, from in vitro analysis of changes in the properties of ion channels transfected in a cell line to in vivo investigation in an animal model. In recent years, the model of patient-specific cardiomyocytes differentiated from human induced pluripotent cells (hiPSCCM) has become a promising and increasingly used model for the study of inherited arrhythmias. Its advantages are indisputable. To obtain, with a completely minimal burden on the patient, his or her own cardiomyocytes and to be able to subject them, thanks to the infinite possibility of hiPSC proliferation, to virtually any extensive series of in vitro assays is astonishing and is not made possible by any of the other possible models. On the other hand, it is a technically, time and cost intensive methodology. A fundamental problem is the immaturity of the obtained hiPSC-CMs. None of the differentiation protocols currently used allows to achieve sufficient maturity comparable to adult cardiomyocytes. This limits the transfer of the obtained knowledge to clinical practice.

Návaznosti

• MUNI/A/1343/2022, interní kód MU: Název: Zátěže kardiovaskulárního systému od A po Z

Investor: Masarykova univerzita, Zátěže kardiovaskulárního systému od A po Z

• NU22-02-00348, projekt VaV: Název: Funkční hodnocení genetických variant u případů klinicky „skutečné“ idiopatické fibrilace komor: in vitro a in silico modelování s cílem odhalit arytmogenní mechanismus

Investor: Ministerstvo zdravotnictví ČR, Funkční hodnocení genetických variant u případů klinicky „skutečné“ idiopatické fibrilace komor: in vitro a in silico modelování s cílem odhalit arytmogenní mechanismus, Podprogram 1 - standardní