[发明专利]用于评价化学心脏毒性的免标记方法

说明书

一种免标记共振波导光栅生物传感器成像系统，用于测量在存在和不存在药物分子的情况下培养的心肌细胞的动态质量再分布(DMR)信号和搏动图。本发明还提供了一种使用成像仪系统分析心肌细胞的DMR信号和搏动图以评价药物诱导的心脏毒性的方法。

待审美国申请的交叉参考

本申请涉及共同拥有并转让的在2008年11月25日提交的美国临时申请系列号61/117838和在2008年11月11日提交的美国临时申请系列号12/613,966，标题为“肝细胞毒性试验”，现在为美国专利公开号20100129854，但不请求其优先权。此文件的内容以及本文提到的出版物或专利文件的所有内容都通过参考结合入本文中。本申请要求2012年11月15日提交的美国专利申请号61/726620的优先权，其全部内容通过引用纳入本文。

技术领域

本发明涉及免标记的共振波导光栅(RWG)生物传感器设备和方法，以评估，例如，心脏生物学或药物诱导的心脏毒性。

背景

在人和动物中，药物诱导的副作用是已知的并且在很大程度上与主要器官如心脏、肝脏和肾脏的功能障碍相关。潜在的不良药物影响增加了安全治疗应用复杂性水平。类似于肝毒性，对心脏毒性的评估是药物发现和药物开发过程的重要部分。药物诱导的心脏毒性是与某些药物(包括一些用于治疗血液和实体恶性肿瘤的化疗剂)相关的不良事件，并且通常导致发病和高死亡率。在过去的十年中，多种生物化学、细胞和组织研究已经表明药物诱导的心脏异常与如下因素的活性变化相关，例如，离子通道、肌细胞结构、胞外基质(ECM)结构和神经体液系统。药物心脏毒性也可导致与Ca²⁺相关的蛋白质异常和信号传导系统异常。在这些因素中，离子通道活性的变化已经被认为是药物诱导的心脏毒性的主要原因。多种重叠的离子流调节心室动作电位持续的持续时间和形态。Na⁺通过选择性钠通道快速进入引发了心室的去极化。这之后是通过瞬时激活和钾通道外向失活的快速再极化，并且随后是平台期，主要由钙离子通过L-型钙通道进入来确定。在再极化期间，由钙通道的失活以及主要由延时整流钾通道的慢速和快速型组分(rapid component)携载的净向外钾离子流的增加使带负电的跨膜电位恢复。内向整流钾通道也导致再极化。包括Na⁺/K⁺-泵的调节因子使胞内离子浓度恢复至初始状态。

对药物心脏毒性的评价对于新型药物的安全开发是重要的。在美国，几乎所有新药的批准之前，评价化合物使体表心电图QT间隔延长的风险以及威胁生命的心律失常的风险是一项FDA(美国食品和药品管理局)的规定。QT间隔是心脏电周期中，Q波起始和T波结束之间的时间测量值。通常，QT间隔表示左右心室的电去极化和再极化。延长的QT间隔是心室快速性心律失常，如尖端扭转型室性心动过速(TdP)的生物指标，并且是猝死的风险因素。QT延长最常见与通过hERG(人ether-a-go-go相关基因)钾离子通道的电流损失相关，该损失是由于药物或通道蛋白的质膜表达的抑制偶然导致的离子通道的直接堵塞。在大多数的情况中，延长QT间隔的药物优先抑制编码IKr通道的α-亚基的基因hERG或延迟整流钾离子流通道(I(Kr))的快速型组分。

公认的体内药物心脏毒性评价方法是心电图(ECG)测试。表面ECG提供了关于电活动的信息，包括心脏内的心房/心室去极化和心室再极化。在ECG中，QT间隔表示心室去极化(即，跨膜电位的降低)和再极化(即，静息电位的恢复)。ECG代表心室动作电位的持续时间并且包括QT间隔，该间隔反映了两个心室的活化时间。虽然，大多数药物诱导的QT延长与hERG的抑制相关，但还没有决定性地证明hERG通道的抑制导致长QT间隔的反向关联。另外，离子泵活性变化和心肌细胞死亡也可能产生心脏毒性。药物诱导的不利风险的早期鉴定有益于在分子水平上评价多重离子通道、细胞增殖和细胞死亡。心脏毒性测试已成为药物开发的核心部分。