Cet article décrit les protocoles expérimentaux pour l’étude ex vivo des contractions du myomètre humain et leur application dans la découverte de médicaments. Cette technique est utilisée pour améliorer la compréhension du myomètre physiologie et pathophysiologie ainsi quant à valider les données pharmacologiques des sondes de recherche inédites ou drogue conduit.
Découverte et la caractérisation de nouveaux composés pharmaceutiques ou sondes biochimiques reposent sur des systèmes de dosage solide et physiologiquement pertinents. Les auteurs décrivent les méthodes pour mesurer la contractilité ex vivo myomètre. Ce test peut être utilisé pour étudier les facteurs et les molécules impliquées dans la modulation de la contraction du myomètre et de déterminer leurs actions excitatrices ou inhibitrices et donc leur potentiel thérapeutique in vivo. Biopsies sont obtenus à partir des femmes subissant une livraison césarienne avec le consentement éclairé. Fines lamelles de myomètre sont disséqués, découpés et attachés à un capteur de force au sein de bains 1 mL superfusés avec une solution saline physiologique à 37 ° C. Bandes de développer des contractions spontanées dans les 2 – 3 h sous tension réglée et restent stables pendant de longues heures (> 6 h). Bandes peuvent aussi être stimulées pour les contrats tels que les hormones endogènes, l’ocytocine et la vasopressine, qui causent la modulation de dose-dépendante de la fréquence de contraction, la force et la durée, plus ressemblent à des contractions dans le travail. Par conséquent, l’effet de drogue connus et nouveaux prospects peut être testé sur des contractions spontanées et induites par l’agoniste.
Ce protocole détaille précisément comment ce test peut être utilisé pour déterminer la puissance des agents connus et nouveaux en mesurant leurs effets sur les différents paramètres de la contraction du myomètre humain. Nous utilisons l’ocytocine – et antagonistes des récepteurs1 a V, atosiban et SR49059 comme des exemples de composés connus qui inhibent les contractions induite par l’ocytocine et la vasopressine et démontrent comment cette méthode peut servir à compléter et à valider données pharmacologiques obtenues à partir des analyses cellulaires pour faciliter le développement de médicaments. Les effets des agonistes nouveaux par rapport à l’ocytocine et la vasopressine peuvent aussi être caractérisées. Alors que nous utilisons l’exemple de l’ocytocine / système vasopressine, cette méthode peut également être utilisé pour étudier les autres récepteurs et canaux ioniques qui jouent un rôle dans la contraction utérine et la détente pour faire progresser la compréhension de la physiologie humaine utérine et physiopathologie.
L’objectif de découverte de médicaments est de produire le roman, puissant et des ligands hautement sélectifs, qui génèrent une réponse thérapeutique par l’activation ou l’inhibition des voies de signalisation cellulaires. Cela nécessite un système de test approprié permettant de tester des composés de plomb avec des résultats fiables, robustes et pertinentes1. Techniques pharmacologiques telles que la liaison du ligand-récepteur et essais fonctionnels emploient souvent les systèmes basés sur les cellules hétérologues, machinés pour récepteurs overexpress qui, autrement, ne seraient pas présents2. Tandis que ces techniques fournissent des indications précieuses pour la pharmacologie des récepteurs et du développement de la drogue, les données obtenues peuvent ne pas refléter un scénario vrai in vivo . Il est donc important que les données pharmacologiques des analyses cellulaires sont également validées dans des modèles physiologiquement pertinents.
Muscle lisse utérin (myomètre) constitue la couche musculaire de l’utérus qui est responsable des contractions pendant l’accouchement qui efface et de dilatent le col de l’utérus et de livrer le foetus3. Contraction du myomètre est spontanée ; il ne nécessite pas d’apport hormonal ou nerveux à se contracter de4. Les contractions sont provoquées par une dépolarisation spontanée de la membrane cellulaire de myomètre qui conduit à l’ouverture de la tension Ca2 +-canaux (canaux de Type L) et l’influx de Ca2 + dans la cellule5. Complexes de calcium avec la calmoduline et active la kinase des chaînes légères de la myosine qui phosphoryle à son tour permettant à pont Croix cycle de formation avec l’actine et la contraction de la myosine. Détente est généralement véhiculée par la phosphorylation de la myosine par la myosine phosphatase et une réduction de la concentration de Ca2 + par l’intermédiaire de son expulsion de la cellule et/ou séquestration dans le réticulum sarcoplasmique (SR)5,6 ,,7.
Plusieurs méthodes ont été développées pour étudier la fonction myométriale et dysfonction, partir en vivo tocography internes et externes et les sondes de pression intra-utérine, à la génération des cellules transformées ou immortalisées d’origine myométriales8 ,9,10,11,12. Tandis que les systèmes de cultures cellulaires peuvent détecter si une substance peut agir au niveau cellulaire, les bandes de tissus à l’intérieur des bains peuvent servir comme outils pour mesurer les réponses fonctionnelles des tissus entiers aux réactifs pharmacologiques. La préparation traditionnelle est généralement une chambre grand verre chauffant qui est capable de tenue entre 5 et 50 mL de sérum physiologique (PSS). Bandes au sein de ces vastes chambres nécessitent généralement l’aération avec l’oxygène et de grands volumes de PSS. Bandes de tissu sont disséqués et suspendus dans la salle de bain et attachés à un capteur de force, qui mesure la variation de tension, comme pendant une contraction. Bandes du myomètre des humains et des animaux, y compris, le cobaye13,14de la souris, rat15, lapin16et d’autres de17,18, ont été utilisées par un certain nombre de groupes de recherche afin d’examiner plusieurs questions relatives à myométriales physiologie et pathologie, y compris le travail prématuré et dysfonctionnelle. Par exemple, myométriales bandes ont été utilisés pour identifier les facteurs qui régulent et modifier l’activité myogène19,20,21, déterminer la fonction des organites tels que le SR22, ainsi que enquête sur les modulateurs de l’ion canaux23,24,25,26, pompes et échangeurs27 afin de déterminer leur rôle dans la physiologie du myomètre.
Cette technique ex vivo permet l’évaluation du rendement de la contraction des tissus et l’effet direct de différents agents sur les paramètres de la contraction à mesurer notamment, force de contraction (résistance), fréquence et durée, ainsi que la intégration de ces valeurs, à générer un index du travail total effectué (moyenne force intégrante ou aire sous la courbe, AUC). La préparation de bandes de tissus isolés constituant un modèle de plus d’un type de cellule, la réponse physiologique du tissu entier peut être mesurée. Le bain d’orgue et de la bande de tissus isolés sont donc un outil utile dans la fourniture de pont entre le travail de culture cellulaire et animal entier /in vivo de travail. C’est pourquoi, dans le domaine de découverte de médicaments, les effets de nouveaux agents en ce qui concerne leur excitateurs (c.-à-d.stimulant) ou inhibiteurs (c.-à-d., relaxation) potentiels in vivo peut être évaluée plus étroitement. Cette technique a été utilisée avec succès dans le développement de l’ocytocine – et V1 a-atosiban antagoniste du RECEPTEUR (OTR et V1 aR) comme agent tocolytique d’inhiber les contractions de travail prématuré et retarder l’accouchement prématuré. In vitro , tests d’atosiban sur bandes myométriales trouvé l’antagoniste capable de réduire de façon significative l’ocytocine (OT)-induit des contractions28,29,30. Ce qui est important, ces études a permis de valider la valeur translationnelle d’atosiban et généré des données de validation nécessaires à prendre vers l’avant pour les essais cliniques31,32,33,34 . Atosiban est maintenant employé couramment comme le médicament de choix pour retarder le travail en Europe. De validation des études similaires ont été réalisées pour la carbétocine analogiques de l’ocytocine montrer son potentiel thérapeutique dans la prévention post-partum hémorragie35,36,37. Autres composés de plomb en cours de développement pour cette analyse comprennent retosiban (GSK221149A)38 et nolasiban (données non publiées). Ces méthodes ont également été utilisées avec succès pour comparer entre les groupes de patients39,40,41,42,43,44, 45,46,47 et examiner les différences intra-espèces.
Nous décrivons ici l’utilisation de bandes de tissus isolés ex vivo enceinte myomètre humain au sein de bains petite (1 mL) sur mesure pour illustrer comment cette méthode peut servir à compléter et à valider les données pharmacologiques obtenues à partir des analyses cellulaires de . Biopsies ont été obtenues en grande partie de femmes qui subissent un pré labor livraison élective de césarienne (CS) comme ils sont prévues de la chirurgie et sont donc plus faciles de planifier la collecte de la biopsie, ont un accès facile pour le myomètre, et tissus ne seront pas ont été exposés à aucune stimulants d’utérotonique ou relaxants musculaires avant la chirurgie. Cependant, des biopsies peuvent également provenir de femmes subissant des imprévus (d’urgence) livraison de CS dans le travail à fournir il y a suffisamment de temps pour pleinement le consentement du patient. La plupart des biopsies sont obtenus au cours de la chirurgie par le segment utérin inférieur au site d’incision chirurgicale, mais il est également possible de se procurer des échantillons sur le segment supérieur48,49. Dans certains cas, suite à un accouchement vaginal, biopsies punch du lit placentaire ont aussi été obtenus50. Cependant, ce n’est pas la voie plus classique et la quantité de tissu myométriales Récupérée est faible. Non enceinte myomètre peut être obtenue avant ou après la ménopause les femmes subissant une hystérectomie pour des affections gynécologiques bénignes. Une biopsie de pleine épaisseur est échantillonnée pathologie après examen, extraites du corpus inférieur du col de l’utérus, et myomètre est pris au milieu de la paroi utérine, en évitant les surfaces séreux et l’endomètre.
Bien que le développement de médicaments plus est destiné pour le traitement des maladies humaines, la recherche plus fondamentale est principalement réalisée dans les tissus animaux. Nous décrivons ici les méthodes pour étudier ex vivo des contractions du myomètre humain provenant de la chirurgie qui peut être utilisée pour traiter un certain nombre de questions importantes liées à l’utérus physiologie et pathologie, ainsi que pour valider les réponses fonctionnelles aux connus et nouveaux agents pharmacologiques pour faciliter le développement de médicaments. En particulier, nous mettons en évidence l’utilisation de ce test visant à déterminer les antagonistes d’un connu OTR et V1 aR antagoniste compétitif, atosiban sur les contractions myométriales enceinte OT-induite, ainsi que pour déterminer la réponse et du récepteur sélectivité d’un nouvellement mis au point V1 aR antagoniste, [D-Arg8] INT. Nous démontrons que les paramètres pharmacocinétiques importants tels que les EC50 et IC50 peuvent être calculées, qui cadrent bien avec les données de pharmacologie cellulaire.
L’utilisation simultanée de plusieurs bandes permet une comparaison directe des multiples effets agent, expériences de compétition avec les antagonistes et des contrôles appropriés de temps et le véhicule. Comme les bandes sont souvent préparés en groupes de 2, 4 ou 8, cette technique offre un débit modéré, permettant le contrôle des composés 2 – 4 à 6 – 8 (cumulatives) concentrations (par biopsie). Cette méthode fournit également des données en temps réel afin que les effets peuvent être évalués rapidement et de protocoles peuvent être ajustées. En outre, cette technique peut servir à tester n’importe quel composé d’intérêt et a été utilisée avec succès par un certain nombre de groupes de recherche ont porté sur myométriales physiologie et à la découverte de médicaments. En plus de l’analyse des composés purs comme décrit dans cet article, le modèle de la contractilité utérine a été également et peut être utilisé avec succès pour dépister les utérotoniques nouveaux composés de mélanges, tels que les préparations à base de plantes de la médecine traditionnelle7 , 55 , 56.
Bien que ce modèle soit techniquement robuste et montre la bonne reproductibilité, il possède quelques limitations : Dissection peut être difficile pour ceux qui connaissent les tissus ou à l’aide de matériel de dissection, donc nouveaux utilisateurs nécessiteront peu de temps pour optimiser les tissus préparation et protocoles. Il convient également de noter que myomètre humain diffère considérablement en apparence à d’autres modèles tels que le rat et la souris. La plupart l’utérus rongeurs sont composées de deux cornes utérines tubulaires, chacun doté d’un ovaire à une extrémité et rejoint le col de l’utérus. Chaque corne a clairement défini les couches de muscles longitudinaux et circulaires, qui peuvent être facilement séparés à dissection, tandis que les types de fibres différentes dans le myomètre humain sont souvent enchevêtrés formant un « maillage ». En outre, les profils de contraction du myomètre humain sont très différentes de rongeurs. Plus particulièrement, les contractions dans le myomètre humain sont moins fréquentes mais plus long dans la durée. Expérimentale des délais pour travailler avec le myomètre humain sont donc souvent beaucoup plus longtemps que les modèles de rongeurs. Différences dans l’expression des récepteurs entre espèces peuvent aussi contribuer à des différences assez marquées dans les réponses aux agonistes et nous devrions garder à l’esprit si extrapolation des résultats à travers les espèces.
Il y a aussi nombre d’étapes nécessitant un examen afin de maximiser le rendement de ce système. Étapes critiques incluent la préservation de la viabilité des tissus tels que prendre soin lors de la manipulation des tissus pour éviter les dégâts inutiles au cours de la dissection ou lors du montage. Il faut un œil habile à disséquer les fines lamelles de muscle utérin, assurant que l’orientation des fibres musculaires est dans le sens longitudinal et suivant le plan du tissu, ainsi évitant les tissus cicatriciels, caduque et petits vaisseaux. Pour fins d’orientation à l’aide une fois l’échantillon au laboratoire, il est possible d’ajouter une balise (par exemple, petit point chirurgical) au moment de la collecte d’un côté de la biopsie pour délimiter le bord séreux du bord déciduale.
Tissus convient à un 36-37 ° C constant au cours de l’expérimentation comme fonction de tissu est soumis à des fluctuations de température. Ceci peut être réalisé avec un climatiseur robuste au sein du laboratoire. La perfusion constante du PSS chauffée assure que la température est maintenue ainsi que la chasse d’eau des déchets produits par la contraction. Température à l’intérieur des thermes d’orgue peut être modifiée en changeant de débit ou de réglage de la température de l’eau du bain directement. La taille de petit bain par rapport aux bains traditionnels 5-50 mL assure une rotation relativement rapide des PSS et l’affouillement des réactifs. La préparation miniaturisés comme décrit ici, réduit également le volume de SSV et réactifs d’intérêt nécessaire, réduisant ainsi les coûts et épargnant précieux, nouvellement mis au point des produits chimiques. En outre, en raison de la taille du petit bain et en utilisant un tampon HEPES, ce système ne nécessite pas par exemplel’oxygénation, de bouillonnement le PSS avec carbogen. Normalisation de la tension appliquée aux bandes est également importante. Pour bandes de cette taille (5 x 2 x 1 mm), cela devrait être environ de 2 mN (équivalent à ~0.2 g). Méthodes alternatives comprennent l’application d’une solution à forte concentration de potassium pour provoquer la contraction maximale et qui s’étend jusqu’à la moitié de cette contraction maximale. Il convient de noter toutefois, que cette tension appliquée en vivo peuvent différer.
Les principaux défis incluent obtenir des tissus des sujets humains, mais bien que le taxage, tissus humains représentent clairement le plus physiologiquement pertinent (et enrichissante) modèle pour l’étude des contractions utérines en humaine maladie et découverte de médicaments. Les tissus isolés bandes Toutefois, ne pas nécessairement synonymes de tissu in vivo car elles sont exemptées par exemple, de hormonal et nerveux d’entrée qui, bien que non essentiel pour la contraction, vont moduler les contractions in vivo. Ce test offre cependant la possibilité d’analyser les contractions myométriales de façon contrôlée, séparée de ces influences. Il permet également l’effet de facteurs tels que le contrôle hormonal de la contraction (par exemple, via OT, VP, prostaglandines, etc.) pour être l’objet d’une enquête, fournissant des indices sur la régulation de la fonction myométriales. Comme les tissus proviennent de différentes femmes, il y a naturellement quelques variations dans les profils contractiles spontanées entre les échantillons. C’est pourquoi il est souvent nécessaire de réaliser des expériences sur un grand nombre (~ n = 10) des échantillons afin de minimiser la variation de certains ensembles de données53. C’est plus important lorsque l’on compare l’activité contractile entre divers groupes de patients. Normaliser la réponse des agonistes et des antagonistes pour contrôler l’activité (p. ex., exprimé en pourcentage de l’activité de contrôle ou élevé K+) réduit une partie de cette variation. En outre, pour réduire la variation inter-bande, les données peuvent être normalisées pour enlever la section transversale en mesurant leur longueur et le poids après expérimentation41. Ceci est particulièrement utile lorsque l’on compare les modes de contraction entre divers groupes de patients.
Limites de cette technique également incluent l’accès aux tissus frais nécessitant de bonnes relations de travail avec le personnel de l’hôpital, en particulier le personnel théâtre et ceux impliqués dans le processus de consentement. Des autorisations éthiques de la Commission d’examen Research Ethics Committee et Institut ou un hôpital locale doivent également être en place. Collection de myomètre humain est probablement effectué lors de l’accouchement de CS, lorsque le donateur est devant subir une chirurgie. La biopsie est prise au même endroit de l’incision utérine pour livrer le bébé, et c’est pourquoi le patient n’a pas besoin de subir des procédures supplémentaires supplémentaires. Personnel du théâtre et le chirurgien à effectuer la biopsie doivent être mis au courant de l’utilisation subséquente des tissus, et qu’ils ne doivent ne pas être placées en solutions fixateur exemple en ce qui concerne l’envoi d’un département de pathologie. Le calendrier longtemps expérimental est une autre considération. Expériences avec les tissus humains prennent plusieurs heures (généralement > 6 h) (au lieu de 2 à 3 h pour une expérience similaire dans l’utérus de rat ou de souris), en raison de la fréquence plus lente de la contraction et le temps de latence de 2 – 3 h entre montage de tissus et création de spontané contractions. Toutefois, comme nous l’avons montré, les contractions de tissus humains sont robustes et lorsque établies peuvent contracter pendant de longues heures sans fatigue importante40.
Ce système permet également d’autres défis en vivo devis à surmonter notamment la possibilité de tester les réactifs pharmaceutiques sur soie enceinte. Cette technique sont facilement extrapolables à d’autres espèces, y compris la souris selon laquelle les premiers résultats peuvent être confirmées avant de continuer plus loin dans les études chez l’animal entier. Contrôlé des changements de température, composition de la préparation (PSS) et le pH peut se faire facilement de simuler différents scénarios en vivo et d’analyser l’effet de ces changements sur le comportement des composés. Les principes de base de mesure de tension isométrique en bandes myométriales peuvent aussi être étendus à la mesure des changements simultanés de pH ou de la concentration intracellulaire en calcium par l’utilisation des Ca fluorescent ou indicateurs de pH (H+) et équipements pour détecter et record de fluorescence57,58,,du5960.
Dans l’ensemble, le myomètre humain représente un modèle robuste et physiologiquement pertinent pour caractériser et valider de nouveaux composés thérapeutiques dans la découverte de médicaments — les deux composés purs et des mélanges. Nous avons donné des exemples de son utilisation dans la découverte de médicaments en ce qui concerne le système OT/VP et axée surunR antagonistes OTR et V1 pour montrer comment ce modèle peut être utilisé pour déterminer composée efficacité et puissance sur des cibles déterminées et valider la sélectivité du ligand. Cependant, il faut avoir à l’esprit que cette technique peut être utilisé pour étudier n’importe quelle cible d’intérêt ou de la voie conduisant à la contraction du myomètre (ou détente), ainsi que pour faciliter la découverte de nouvelles cibles et des chemins et faire avancer notre compréhension du myomètre physiologie et physiopathologie.
The authors have nothing to disclose.
Cette recherche a été soutenue par le fonds autrichien de Science (FWF) par le biais de projet I3243 et le Conseil européen de la recherche (CER) au titre de la recherche Horizon 2020 de l’Union européenne et le programme pour l’innovation (Convention No 714366 de subvention). GTC a été soutenu par une bourse de futur de l’Australian Research Council (ARC) (FT140100730) et MM par une bourse de chercheur de carrière début ARC découverte (DECRA) (DE150100784). SA est supporté par une Harris-bien-être prématuré naissance Centre de subvention de recherche administré par Wellbeing of Women, UK.
Origin software | Origin Lab | 2015 version | |
Labscribe Software | WPI | Formally Datatrax | |
GraphPad Prism graphical software | GraphPad Prism | PRISM 5 | |
LabTrax 4-Channel Data Acquisition | WPI | LAB-TRAX-4 | |
Transbridge Transducer Amplifier | WPI | SYS-TBM4M | |
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BNC to BNC Cable | WPI | 500184 | |
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Peristaltic pump | Gilson | MINIPULS3 | R4 Standard pump head |
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Circulating Water bath | Grant Instruments | TC120 | 5L |
Perspex Tissue Bath | Custom made | ||
Water reservoir container | the reallyusefulbox | 7L | |
Tissue Hooks (fixed) | Hand made in house | ||
Peristaltic tubing | Gilson | F117948 | PVC 2.79 mm internal diameter |
Tygon Tubing | Fisher Scientific | various diameters | R-3603 |
Aluminium clips | Laser services, USA | custom made | |
Stereo Zoom binocular microscope | WPI | PZMIV | |
Microscope Fiber-optic Light Source | WPI | PHOTONIC PL 2000 | |
Dissecting Dishes | Handmade with Sylgard | ||
Sylgard Silicone Elastomer kit | Dow Corning | Sylgard 170 Kit | |
Vannas Scissors | WPI | 50086 | 8.5 cm, straight edge |
Iris Forceps | WPI | 15914 | 10 cm, straight edge (serrated) |
Dissecting scissors | WPI | 14393 | 10 cm, straight |
Dissecting pins | SIGMA | Z192341 | B-D precision guide syringe needle 30G |
HBSS | SIGMA | H9269 | |
Physiological Salt Solution | SIGMA | various | PSS |
Oxytocin acetate salt | SIGMA | O6379 | |
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