藥物心臟毒性研究技術(shù)之膜片鉗技術(shù)

一些藥物在使用的過程中引發(fā)的心臟毒性是威脅患者生命的毒副作用之一，如抗心律失常藥物導(dǎo)致的心臟不良事件時有報道，雖然這種事件發(fā)生率低，但是危險性大，主要表現(xiàn)為心電圖QT間隔延長，嚴(yán)重可以引起尖端扭轉(zhuǎn)型室性心動過速。因此在新藥上市前，需要進行藥物安全性評價時，盡早發(fā)現(xiàn)藥物的潛在心臟毒性，以減少新藥研發(fā)的投入和風(fēng)險。被稱為研究離子通道的“金標(biāo)準(zhǔn)”的膜片鉗技術(shù)，是藥物早期心臟毒性評價的主要技術(shù)之一。
QT間期是指心室除極和復(fù)極的全過程，即QRS波群的起點到T波終點的時程。QTc間期是指排除了心率影響的校正的QT間期。心臟復(fù)極延遲，將導(dǎo)致發(fā)生心律失常的風(fēng)險明顯增高，最常見的是引發(fā)尖端扭轉(zhuǎn)型室性心動過速(TdP)， TdP易演變成心室纖顫并導(dǎo)致猝死，因此QT間期延長，被認為是預(yù)測引發(fā)TdP的生物標(biāo)記物。在新藥開發(fā)過程中，進行藥物安全性評價的心臟毒性評價時，應(yīng)確認研究藥物對QT間期的影響，防止其上市后引起惡性心律失常。
hERG通道產(chǎn)生的電流是心室復(fù)極中最重要的電流，通道被藥物后抑制直接導(dǎo)致Long QT綜合癥，很可能演變成尖端扭轉(zhuǎn)型室性心動過速，心室纖顫，直至猝死。長QT綜合癥(LQTS)是一種異常的心肌細胞復(fù)極化電活動，獲得性的LQTS常常是藥物治療的結(jié)果。研究發(fā)現(xiàn)許多常用藥物包括抗心律失常藥、抗精神病藥物、抗菌素以及可卡因均可引起獲得性的LQTS。
目前發(fā)現(xiàn)幾乎所有的臨床藥物所導(dǎo)致的LQT 或者TdP 都作用于hERG。由于導(dǎo)致hERG抑制的藥物在化學(xué)結(jié)構(gòu)上沒有明顯的共性，從而很難預(yù)測，僅有通過實驗的方式給予解決。全自動膜片鉗技術(shù)一個重要的應(yīng)用方向是檢測早期藥物化合物對hERG的毒副作用。美迪西引進HEKA膜片鉗系統(tǒng)（Patch Clamp System），該系統(tǒng)為放大器與數(shù)模轉(zhuǎn)換器一體，可通過軟件與手動操作相結(jié)合，達到比全自動更精準(zhǔn)的程度，將會大大增強美迪西體外藥物安全性評價服務(wù)。
“膜片”即泛指各種記錄模式下的細胞膜。“鉗”即控制的意思，根據(jù)控制不同的電學(xué)參數(shù)，分為電壓鉗與電流鉗。膜片鉗技術(shù)是一種通過玻璃微吸管電極完成對細胞膜電位的鉗制、監(jiān)測并記錄膜電流的一種電生理技術(shù)。通過膜片鉗技術(shù)能夠觀測到膜電流的變化，并通過分析電流強度及通道開閉過程、離子選擇性等因素，深入了解離子通道的本質(zhì)。膜片鉗技術(shù)可標(biāo)記心臟電生理功能變化，而動作電位離子通道電流異常與心律失常、心衰和心肌缺血等心血管疾病密切相關(guān)。將膜片鉗技術(shù)應(yīng)用于藥物安全性評價，有助于指導(dǎo)臨床用藥。
如有研究者探討了小檗堿類藥物與降脂藥瑞舒伐他汀及降糖藥物格列本脲聯(lián)合應(yīng)用后對hERG鉀通道的影響，評價上述藥物聯(lián)合應(yīng)用的心臟安全性^[1]。研究者利用全細胞膜片鉗技術(shù)，觀察上述藥物聯(lián)合應(yīng)用后對穩(wěn)定表達hERG鉀通道的HEK293細胞hERG通道的影響。研究結(jié)果表明，小檗堿類藥物與瑞舒伐他汀、格列本脲聯(lián)合應(yīng)用后對hERG電流的抑制作用明顯強于單獨使用，小檗堿與川芎嗪合用后對hERG電流的抑制作用與小檗堿單用組相比無顯著差異，故當(dāng)對hERG通道具有抑制作用的兩藥合用時，誘發(fā)QT間期延長的風(fēng)險會明顯增加，心臟安全性降低。
在早期藥物安全性評價中，應(yīng)用膜片鉗技術(shù)，使得化合物得到體外的安全評價，能用較低的成本快速及早地淘汰有問題的化合物，大大縮短藥物開發(fā)周期。目前膜片鉗技術(shù)已經(jīng)大為普及，并廣泛活躍在離子通道相關(guān)的研究當(dāng)中。
[1] 小檗堿類聯(lián)合用藥的心臟安全性評價[J].