Systemic Inflammation in Microphysiological Models of Muscle and Vascular Disease

肌肉和血管疾病微生理模型中的全身炎症

基本信息

  • 批准号:
    10471015
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 7.33万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-08-01 至 2022-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

ABSTRACT The initiation and progression of atherosclerosis is influenced by systemic inflammation and individuals suffering from autoimmune diseases, such as rheumatoid arthritis, have increased risk of developing cardiovascular diseases. Likewise, chronic and systemic inflammation in rheumatoid arthritis induces muscle wasting and loss of function. Therapies that reduce inflammation effectively treat rheumatoid arthritis and have the potential to reduce the severity of cardiovascular disease. To overcome limitations of animal models replicating some key disease phenotypes, but not the underlying mechanisms, we established functional human microphysiological systems (hMPS) for healthy human skeletal and cardiac muscle and endothelialized tissue-engineered blood vessels (eTBEVs) using primary and iPS-derived cells and assessed the response to drugs and pro-inflammatory cytokines. These models replicate the structure and key functions of the native tissue and maintain their structure and function for at least 4 weeks. These in vitro tissue systems accurately model the response to drugs. Our goal in this project is to develop clinically relevant hMPS disease models to examine rheumatoid arthritis (RA) risk for muscle dysfunction and atherosclerosis and the role of exercise in attenuating disease-associated inflammation. To meet this goal, we will expand our preliminary results to develop and validate an early atherosclerosis model that uses flow conditions promoting endothelial dysfunction, macrophage accumulation, foam cell formation, and altered vasoactivity. We will reproduce the RA phenotype in skeletal and cardiac muscle through addition of macrophages and cytokines present in RA, and demonstrate that simulated exercise conditions on muscle produce myokines that reduce inflammation in this RA model. Then, we will develop an integrated perfusion system for eTEBVs, skeletal and cardiac muscle and show that the RA model can increase macrophage accumulation in eTEBVs and cardiac bundles, and assess the response to exercise and drugs to treat atherosclerosis and inflammation. We will use CRISPR gene editing technology to generate mutations to proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (PCSK9) and genes that affect IL-6 shedding to assess their impact on endothelial dysfunction and foam cell formation in eTEBVs, and inflammation in skeletal and cardiac muscle bundles. We will profile cytokines and metabolites in the models with and without RA, and demonstrate that disease progression and biomarkers are reduced in the presence of common anti-inflammatory therapeutic interventions for atherosclerosis, and assess the effect of exercise. Likewise, in the RA muscle model, we will examine whether gene variants produce alterations in cytokine profiles impacting muscle function and response to exercise; these may point toward new disease-associated biomarkers and therapeutic targets. Results of this project will provide a general framework for in vitro modeling of atherosclerosis and autoimmune diseases and the role of gene variants in disease severity and drug development.
抽象的 动脉粥样硬化的开始和进展受系统性炎症和个体的影响 患有自身免疫性疾病(例如类风湿关节炎)患有发展的风险 心血管疾病。同样,类风湿关节炎中的慢性和全身性炎症会诱导肌肉 浪费和功能丧失。减少炎症的疗法有效治疗类风湿关节炎和 有可能减少心血管疾病的严重程度。克服动物的局限性 复制某些关键疾病表型的模型,但不是基本机制,我们建立了 健康人骨骼肌和心脏肌肉的功能性人类微生物生理系统(HMP) 使用原始和IPS衍生的细胞进行内皮化组织工程血管(ETBEV),并评估 对药物和促炎性细胞因子的反应。这些模型复制结构和关键功能 天然组织的结构和功能至少4周。这些体外组织 系统准确地模拟对药物的反应。我们在这个项目中的目标是开发临床相关 HMPS病模型检查类风湿关节炎(RA)肌肉功能障碍和动脉粥样硬化的风险 运动在衰减与疾病相关的炎症中的作用。为了实现这一目标,我们将扩大我们的 初步结果以开发和验证使用促进流条件的早期动脉粥样硬化模型 内皮功能障碍,巨噬细胞积累,泡沫细胞的形成和血管活性改变。我们将 通过添加巨噬细胞和细胞因子来重现骨骼和心肌中的RA表型 在RA中存在,并证明对肌肉的模拟运动条件会产生肌动物,从而减少 在此RA模型中的炎症。然后,我们将开发一个用于ETEBV的集成灌注系统 和心肌,并表明RA模型可以增加ETEBV中的巨噬细胞积累 心脏束,并评估对运动和药物治疗动脉粥样硬化和炎症的反应。 我们将使用CRISPR基因编辑技术来生成突变以促蛋白转化酶枯草蛋白/kexin 9型(PCSK9)和影响IL-6脱落的基因,以评估其对内皮功能障碍的影响和 ETEBV中的泡沫细胞形成,以及骨骼和心脏肌肉束的炎症。我们将概括 有或没有RA的模型中的细胞因子和代谢产物,并证明了疾病进展和 在存在常见的抗炎治疗干预措施的情况下,生物标志物被降低 动脉粥样硬化并评估运动的影响。同样,在RA肌肉模型中,我们将检查是否是否 基因变异会导致影响肌肉功能和对运动反应的细胞因子谱的改变; 这些可能指向新的与疾病相关的生物标志物和治疗靶标。这个项目的结果 将为动脉粥样硬化和自身免疫性疾病的体外建模提供一个一般框架, 基因变异在疾病严重程度和药物发育中的作用。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Can we mimic skeletal muscles for novel drug discovery?
  • DOI:
    10.1080/17460441.2020.1736031
  • 发表时间:
    2020-03-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Broer, Torie;Khodabukus, Alastair;Bursac, Nenad
  • 通讯作者:
    Bursac, Nenad
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