Das System ist von Hesperos entwickelt worden. Dabei werden menschliche Herzzellen oder Leber- und Herzzellen, gewonnen aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen, in ein pumpenloses mikrofluidisches System mit kleinsten Fließkanälchen aufgebracht. Mit dem Herz-on-a-Chip-System kann die Wirkung des Ausgangsmedikaments auf die Funktionalität der Herzzellen untersucht werden, mit dem Herz-Leber-System dagegen die Wirkung des Metaboliten in verschiedenen Dosiskonzentrationen auch bei Langzeitbehandlung. Damit sind pharmakokinetische und pharmakodynamische Untersuchungen möglich.

Eine Beeinträchtigung der Herzfunktion während der Arzneimittelentwicklung und -herstellung ist ein Knockout-Kriterium. Daher sind aussagefähige Testsysteme notwendig. Tierversuchsergebnisse sind nur bedingt auf den Menschen übertragbar und zeit- sowie kostenintensiv. Eine der wichtigsten Messungen auf Herztoxizität ist das QT-Intervall, die Zeit zwischen dem Beginn der Kontraktion der Herzkammern und dem Ende der Entspannung. Eine Verlängerung des QT-Intervalls kann zu einer tödlichen Arrhythmie führen. Aus diesem Grunde müssen potenzielle neue Wirkstoffkandidaten unter anderem auf eine mögliche Hemmung des hERG-Kanals getestet werden.

Untersucht wurde das Arzneimittel Terfinadin, ein Antihistamin, das aus dem Verkehr gezogen wurde, weil es die Herzfunktion negativ beeinflusst hat. Die Forscher beobachteten eine zeitabhängige, medikamenteninduzierte Erhöhung der Dauer des Feldpotenzials in den Herzzellen. Diese Reaktion wurde durch das Stoffwechselprodukt der Leberzellen (Fexofenadin) im Herz-Leber-System modifiziert. Aus diesen Daten wurde ein mathematisches Modell entwickelt, mit dem die Wissenschaftler die Wirkung von Terfenadine auf das Herz von in der Präklinik eingesetzten Tieren vorhersagen können. Den Forschern gelang es außerdem, die Wirkung des Metaboliten eines anderen Moleküls mit der Herz-Leber-System korrekt zu bestimmen.

Die Arbeit wurde in Scientific Reports vorgestellt:
Christopher W. McAleer, Amy Pointon, Christopher J. Long, Rocky L. Brighton, Benjamin D. Wilkin, L. Richard Bridges, Narasimham Narasimhan Sriram, Kristin Fabre, Robin McDougall, Victorine P . Muse, Jerome T . Mettetal, Abhishek Srivastava, Dominic Williams, Mark T. Schnepper, Jeff L. Roles, Michael L. Shuler, James J. Hickman & Lorna Ewart (2019). On the potential of in vitro organ-chip models to define temporal pharmacokinetic-pharmacodynamic relationships. Scientific Reports 9/9619. https://www.nature.com/articles/s41598-019-45656-4

Quelle und weitere Informationen:
https://hesperosinc.com/first-time-human-on-a-chip-predicts-in-vivo-results-based-on-in-vitro-model/