Et tilspidset siliciumhul kunne føre til bedre lægemiddeltest

Tohoku University-forskere har forbedret de nuværende tilgængelige metoder til screening af lægemidler for hjerterelaterede bivirkninger.

Metoden indebærer at fremstille et lille hul i en siliciumchip, over hvilken lipidmembraner, ligner dem, der omgiver celler, opmuntres til at vokse. En ionkanal syntetiseres derefter separat og bankes ind i membranen under centrifugering.

Ionkanaler er porer lavet af proteiner, der findes i nogle cellemembraner, som i hjertemuskelceller. De åbner og lukker for at tillade ioner at passere igennem, skabe et elektrisk signal. Nogle lægemidler har bivirkninger ved at virke på disse ionkanaler. Antihistamin astemizol, for eksempel, som nu er trukket tilbage fra det amerikanske marked, kan lukke ned for en kaliumionkanal, der er involveret i at regulere hjerteslag. At tage det kan føre til uregelmæssig hjertebanken.

Forskere har undersøgt måder at screene lægemidler for bivirkninger på ionkanaler. I øjeblikket tilgængelige metoder er ufuldkomne. I en metode, stamceller er rettet til at omdanne sig til hjertemuskelceller, der har den specifikke type ionkanal, der er målrettet mod lægemiddeltestning. Denne metode, imidlertid, er trættende og kan tage op til 90 dages forberedelse. Andet, mindre tidskrævende metoder involverer indsættelse af ionkanaler i kunstigt dannede lipidmembraner, der dækker et lille hul lavet i en mikro- eller nano-chip. Men nuværende metoder fører til dannelsen af ​​ustabile membraner, reducere deres effektivitet under eksperimenter.

Professor Ayumi Hirano-Iwata fra Tohoku Universitys Advanced Institute of Materials Research og hendes team fremstillede tre siliciumchips med forskelligt formede huller og sammenlignede deres evne til at være vært for ionkanal-holdige lipidmembraner.

Hver chip var lavet af et tykt lag silicium dækket af et tyndt lag siliciumnitrid, efterfulgt af et tyndt lag siliciumoxid. I en række trin, den centrale del af chippen blev ætset væk for at skabe et lille hul. Hullets form varierede meget lidt afhængigt af typen af ​​syre, der blev brugt til at opløse materialet. Holdet fandt, at det hul, der gav mest stabilitet for lipidmembraner til at danne over det, havde en gradvist tilspidsende kant. En større procentdel af membranerne forblev fastgjort til den tilspidsede kant under centrifugering (45 procent), og når der blev påført små kræfter på dem (75 procent), sammenlignet med dem, der er knyttet til de to andre huller (fra 0 procent til 20 procent).

Teamet tilføjede en cellefri syntetiseret hjertemuskelionkanal, kaldet hERG, til membranerne ved centrifugering. Det lykkedes dem at detektere elektriske strømme fra kanalerne og at blokere strømmene ved at administrere stoffet astemizol, som har en velkendt negativ effekt på hERG-kanaler i hjertet.

Deres tilgang har potentialet til at "tjene som en ny screeningsplatform til vurdering af de potentielle risici for lægemiddelbivirkninger, der virker på patienters hERG-kanaler, " konkluderer forskerne i deres undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Videnskabelige rapporter .