Modelo 3D de aterosclerose humana in vitro para triagem de medicamentos de alto rendimento

Uma nova folha vascular de nanomatriz 3D de três camadas que possui múltiplas características de aterosclerose foi aplicada para desenvolver um ensaio funcional de alto rendimento de candidatos a medicamentos para tratar esta doença, relatam pesquisadores da Universidade do Alabama em Birmingham na revista Biomateriais em um artigo intitulado “Folhas vasculares de nanomatriz de três camadas ateroscleróticas para avaliação terapêutica de alto rendimento”.

“Os atuais modelos de aterosclerose in vitro têm limitações significativas, incluindo a falta de arquitetura vascular de três camadas e características ateroscleróticas limitadas”, disse Ho-Wook Jun, Ph.D., professor do Departamento de Engenharia Biomédica da UAB e autor correspondente. “Além disso, nenhum modelo escalonável de aterosclerose 3D está disponível para a avaliação de possíveis terapêuticas por meio de ensaios de alto rendimento.”

As doenças cardiovasculares – causadas principalmente pela aterosclerose – são a principal causa de morte nos Estados Unidos. No desenvolvimento de terapias eficazes para a aterosclerose, modelos in vitro são comumente utilizados para avaliar a eficácia e segurança de novas terapêuticas antes de prosseguir para estudos complexos in vivo e clínicos.

Recentemente, a Lei de Modernização da Agência de Alimentos e Medicamentos dos Estados Unidos 2.0 permitiu o uso de modelos alternativos, além dos animais, para testes de drogas antes de avançar para testes em humanos. Esta mudança transformadora nas regulamentações serve como uma força motriz, inspirando a busca de modelos in vitro avançados, como ensaios baseados em células e modelos baseados em organoides ou inteligência artificial que são capazes de substituir ou reduzir o uso de animais na avaliação da eficácia e segurança de medicamentos. .

O objetivo é acelerar a progressão da investigação pré-clínica para os ensaios clínicos em humanos através de um processo de desenvolvimento de medicamentos mais eficiente e económico.

A nova folha vascular de nanomatriz de três camadas 3D in vitro com características críticas de aterosclerose, ou VSA, inclui disfunção de células endoteliais, recrutamento de monócitos, presença de macrófagos, remodelação de matriz extracelular, transição de fenótipo de células musculares lisas, secreção de citocinas inflamatórias, células espumosas e início da calcificação. O VSA fornece assim um ambiente que imita a aterosclerose humana para avaliação de medicamentos.

As três camadas da estrutura da folha vascular robusta, ou VS, são compostas por: 1) células endoteliais da aorta humana, 2) células do músculo liso da aorta humana e 3) camadas de fibroblastos adventícios da aorta humana. Estes imitam a estrutura em camadas da parede vascular nativa, que, de dentro para fora, é composta pelos tecidos da túnica íntima, da túnica média e da túnica adventícia.

Os pesquisadores criaram os múltiplos recursos críticos da aterosclerose adicionando monócitos e várias citocinas pró-ateroscleróticas, fatores estimuladores de colônias e lipoproteína de baixa densidade oxidada para estimular a aterogênese na folha vascular de nanomatriz em camadas 3D.

O co-autor Jun Chen, Ph.D., e colegas usaram este sistema VSA para criar ensaios funcionais de alto rendimento, fabricando vários VSAs em placas de 48 poços. Os VSAs foram submetidos a tratamentos medicamentosos e depois caracterizados de forma abrangente, com foco na avaliação de células espumosas, inflamação e genes associados à aterosclerose.

Ensaios funcionais de alto rendimento foram validados usando dois medicamentos clássicos para aterosclerose, rosuvastatina e sirolimus, e foram usados ​​para avaliar dois candidatos a medicamentos, curcumina e colchicina, e um potencial candidato à terapia genética, lipossomas carregados com microRNA-146a, para o tratamento da aterosclerose. Os investigadores descobriram que os VSAs replicaram uma série de resultados observados por outros em testes in vivo destes tratamentos.

“A alta eficiência e escalabilidade dos ensaios funcionais avaliados pelo VSA devem facilitar a descoberta e o desenvolvimento de medicamentos para a aterosclerose”, disse Chen.

“Nosso estudo se concentra em demonstrar o uso de VSAs como uma forma econômica e eficiente de investigar a eficácia terapêutica”, disse Jun.

“Os VSAs oferecem uma metodologia de alto rendimento e permitem um número relativamente grande de réplicas biológicas, tornando-os também ideais para pesquisas mecanísticas. Por exemplo, os VSAs podem ser personalizados para induzir aterosclerose em estruturas de camada única, dupla ou tripla, que fornece insights sobre o efeito de camadas discretas na aterogênese, particularmente a camada de fibroblastos. Além disso, as lâminas vasculares podem ser ampliadas para desenvolver ensaios de alto rendimento para testes de segurança de medicamentos, ajudando a determinar parâmetros farmacológicos e toxicológicos para uso em modelos animais.”

A Endomimetics, LLC, com sede em Birmingham, licenciou a nova tecnologia 3D de modelo de aterosclerose de lâmina vascular de nanomatriz de três camadas por meio do Instituto Bill L. Harbert de Inovação e Empreendedorismo da UAB, que gerencia a propriedade intelectual universitária.

“O mercado de medicamentos para aterosclerose é um segmento grande e crescente da indústria farmacêutica”, disse Joseph Garner, Ph.D., CEO da Endomimetics.

“Este mercado está experimentando um crescimento significativo devido à crescente prevalência de doenças cardiovasculares, aos avanços na pesquisa farmacêutica e ao desenvolvimento de tratamentos inovadores para aterosclerose. Até 2032, este mercado deverá atingir US$ 26,9 bilhões, com uma taxa composta de crescimento anual de 2,8% de 2023 a 2032. A América do Norte detém atualmente a participação de mercado dominante em mais de 41 por cento.”

Brigitta Brott, MD, coautora e cardiologista intervencionista e professora da Divisão de Doenças Cardiovasculares do Departamento de Medicina da UAB, disse: “A Endomimética e a UAB colaborarão com empresas farmacêuticas para avaliar possíveis candidatos ao tratamento da aterosclerose, utilizando nosso sistema baseado em VSA ensaios de eficácia e segurança.”

“Esta abordagem também pode ser estendida para avaliar outros medicamentos para condições como diabetes, obesidade e doenças relacionadas ao fígado, onde a aterosclerose é prevalente entre muitos pacientes”.

A Endomimetics prevê fornecer este modelo inovador de aterosclerose nesta primavera para avaliar vários tipos de terapias potenciais.

“Nossos ensaios de aterosclerose abrirão caminho para candidatos terapêuticos direcionados diretamente à placa humana e à parede da artéria aterosclerótica, e gerarão extensos dados preditivos sobre suas respostas, o que é crucial para definir a janela terapêutica desses candidatos e fornecer bases essenciais para estudos futuros “, disse Jun.