[发明专利]体外心血管模型

说明书

技术领域

本发明涉及用于药理学研究的小管形成平台和体外心血管模型。此外，本发明涉及用于制备所述平台和模型的方法，以及在所述平台和心血管模型中测定受试物质的生物活性的方法。另外，本发明涉及用于治疗心脏疾病的可植入的心脏结构。

背景技术

心血管系统与呼吸系统和中枢神经系统一起属于重要的器官或系统，其功能对于生命来说极为重要。因此，必须对化学物质例如药物、工业化学品、杀生物剂、食品和饲料防腐剂以及化妆品进行心脏毒性评估。这些研究主要包括动物的使用，但是基于动物的试验通常被证明对于预测在人类中的效应来说是不良的模型。此外，动物试验存在伦理问题，成本高并且耗时。出于这些原因，欧盟委员会（European Commission）和美国监管理机构（US regulatory bodies）两者的策略是应该在非动物模型中进行安全性试验，并且试验应该基于尽可能接近地模拟人类中的条件的基于毒性途径的预测性人类细胞器官型模型（《21世纪的毒性试验：展望和策略》（Toxicity Testing in the21st Century:A Vision and a Strategy），2007）。

心脏动作电位的异常，不论是由先天性突变还是受伤造成的，都能够引起人类的病理症状，特别是心律失常。心脏的不良药物反应是极为重要的，因为它们通常是严重的并且可能是致命的，正如从1980年代和1990年代从市场撤出的各种药物所看出的。这些死亡事故引起监管部门的注意，并促使2005年公布的ICH准则S7B和E14的产生。这些准则使所研究的所有药物的致心律失常倾向性的非临床和临床评估正式化。由药物诱导的QT延长造成的致心律失常性是停药的第二常见原因，并且引起了越来越多的关注。QT间期受到心率的影响。目前在新药物的安全性药理研究中使用的最常见的模型是动物模型和含有从豚鼠或兔分离的心脏或从狗分离的浦肯野细胞的离体模型。不存在可用于这些目的的经验证的体外心脏模型。

已开发了数种不同的具有收缩性质和动作电位两者的体外3D心脏组织构建物（Zimmermann等，Circulation Research,2002,90:22；Akiyama等，Int.J.Mol.Sci.,2010,11:2910）。现有研究模型的缺点在于它们基于动物生物学（大鼠细胞），以及模型只能短时间（数天）内保持有功能。因此只能评估短期效应。因此，为了模拟与人类相关的心脏功能（心搏频率、心搏强度、电活性、不同的通道活性），需要开发具有相关生物标志物以及物理化学条件控制和维持的基于人类细胞的功能性组织构建物。

US2009/0169521公开了一种用于治疗心脏疾病的人造3D心脏结构。所述结构通过将心肌细胞、内皮细胞和成纤维细胞共接种在人造支架上或共接种在人造支架内来获得。由于外源性支架可能干扰细胞-细胞相互作用和多层组织构建物中的细胞组装（Norotte等，Biomaterials,2009,30:5910），因此所公开的心脏结构对于在药理毒理学研究中的应用来说不是最佳的。

除了化学物质和生物物质的毒性研究之外，在用于心血管疾病的新药物的研究中也需要基于人类细胞的器官型心脏模型。在西方国家中，心血管疾病是最常见的死亡原因，其中心力衰竭是最常见疾病之一。因此，对开发修复心脏功能的药物和组织工程治疗存在迫切需求。一种方法是使用干细胞疗法来修复梗死区域。干细胞疗法的目的是使患者自身的干细胞分化成有功能的心肌细胞，并移植所述细胞以修复心肌的受损区域。然而，在干细胞疗法能够应用于临床使用之前，需要更多的研究来更好地理解干细胞的分化、增殖和行为。组织工程治疗将极大地受益于包括血管支持的基于人类细胞的功能性心脏模型。

因此，在本技术领域中对于经验证的心脏体外模型存在着已确认的需求。

发明内容

一方面，本发明提供了一种体外心血管结构，其包含分离的小管形成平台和心肌细胞。所述小管形成平台包含人类脂肪干细胞（hASC），并任选地不含任何外源性基质组分或添加的生物材料。在某些实施方式中，所述平台还包含形成小管的内皮细胞，例如人类脐静脉内皮细胞、人类微血管内皮细胞、人类脂肪干细胞来源的内皮细胞、人类胚胎干细胞来源的内皮细胞、诱导的多能干细胞来源的内皮细胞、转分化来源的内皮细胞、内皮祖细胞或通过遗传修饰获得的内皮细胞。

另一方面，本发明提供了一种用于治疗心脏病的体外心血管结构。

另一方面，本发明提供了如上所述的分离的小管形成平台。