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Die Expression von CDCP1 in Urothelzellkarzinomen beeinflusst das Wachstum und die Ausbreitung des Tumors
Get PDFDie Prognose von Patienten mit fortgeschrittenem Urothelzellkarzinom ist nach wie vor schlecht, und eine Verbesserung der Therapie stellt nach wie vor eine wesentliche medizinische Herausforderung dar. Das CUB domain containing protein 1 (CDCP1) ist ein bekanntes Onkogen bei verschiedenen soliden Tumoren, und seine Überexpression wird mit einer verschlechterten Prognose in Verbindung gebracht. Die Rolle von CDCP1 in Urothelkarzinomen ist jedoch bislang ungeklärt. In dieser Studie haben wir die klinische Bedeutung von CDCP1 in zwei Kohorten von Urothelkarzinom-Patienten in verschiedenen Krankheitsstadien untersucht. Immunhistochemisch zeigte sich eine vermehrte Expression von CDCP1 bei fortgeschrittenem Urothelkarzinom, was signifikant mit einem verkürzten Gesamtüberleben korreliert. Besonders der basale/squamöse Urothelkarzinom-Subtyp zeigte eine signifikante Anreicherung von CDCP1 auf mRNA- und Proteinebene aufwies. Die funktionelle Rolle der CDCP1-Überexpression wurde mithilfe von Ex-vivo-Organoiden aus dem transgenen Mausmodell CDCP1pcLSL/+ untersucht. Darüber hinaus wurden mittels CRISPR/Cas9-Technologie ein CDCP1-Knockout in Urothelkarzinom-Zelllinien erzeugt. Interessanterweise induzierte die Überexpression von CDCP1 die Aktivierung von MAPK/ERK-Signalwegen in ex vivo Organoiden signifikant und verstärkte deren Proliferation. Ebenso reduzierte der CDCP1-Knockout in Urothelkarzinom-Zelllinien deren Proliferation und Migration, was mit einer Verringerung der MAPK/ERK-Signalwegaktivität einhergeht. Unsere Ergebnisse unterstreichen die Relevanz von CDCP1 im fortgeschrittenen Urothelkarzinom und zeigen seine onkogene Rolle. Dies deutet darauf hin, dass die gezielte Behandlung von CDCP1 eine rationale therapeutische Strategie zur Behandlung von fortgeschrittener Urothelkarzinom sein könnte
Biomechanische Untersuchungen zur Rückbildung des Meckelschen Knorpels am Mausmodell : Eine Finite-Elemente-Analyse
Get PDFZiel dieser Arbeit war es, die Rückbildung des posterioren Anteils des Meckelschen Knorpels in biomechanischer Hinsicht zu untersuchen. Es lagen vier verschiedene prä- und postnatale 3D-Teilmodelle (E18 bis P4) eines Mauskopfes vor, bei denen mit Hilfe der Finiten-Elemente-Analyse Maulöffnungsbewegungen simuliert wurden, um dabei die Kräfte (Spannungen und Verzerrungen) im posterioren Bereich des Meckelschen Knorpels errechnen zu können. Es stellte sich die Frage, ob es besondere Be-lastungsmuster in diesem Bereich gebe, die die Rückbildung des Meckelschen Knorpels initiieren.
Die Ergebnisse wurden in grafischen Darstellungen visualisiert, sodass die Werte der verschiedenen Entwicklungsstufen miteinander verglichen werden konnten. Es zeigten sich Auffälligkeiten in dem Bereich des posterioren Meckelschen Knorpels, der sich postnatal zurückbildet. In diesem Bereich stiegen die Werte der maximalen Druckspannungen und Verzerrungen im Verlauf der Entwicklung von E18 bis P2. Am zweiten postnatalen Tag (P2) erreichten die Druckspannungswerte ein Maximum von 1,83 MPa und Verzerrungen von bis zu 106 %. Es ist davon auszugehen, dass in der Entwicklung von E18 bis P2 die Maulöffnungsbewegungen zunehmen aber durch den Meckelschen Knorpel, der Ohr- und Kiefergelenksregion verbindet, mechanische Kräfte auf eben diesen wirken. Im letzten Stadium P4 ist der Meckelsche Knorpel bereits so weit aufgelöst gewesen, dass dieser keinen Kontakt zum Unterkiefer oder den Gehörknöchelchen hatte. Die errechneten Werte fielen dementsprechend deutlich ab, da nun keine Verbindung zwischen der Ohr- und Kieferregion vorhanden war.
Die gewonnenen Ergebnisse zeigen eine Korrelation zwischen der Rückbildung des Meckelschen Knorpelgewebes und erhöhten Druckspannungswerten sowie Verzerrungen in diesem Bereich. Die errechneten Werte sind in diesem Bereich erhöht, was darauf hindeuten könnte, dass erhöhte Druckspannungen und Verzerrungen in Knorpelgewebe einen Abbau oder Rückgang initiieren könnten
Der Einfluss von Entzündungsreaktionen auf die Reifung von Engrailed-2 überexprimierenden, zerebellären Purkinjezellen in Gewebekulturen
Get PDFAutismus-Spektrum-Störung (ASD) wird durch genetische und extrinsische Faktoren beeinflusst, wobei die zugrunde liegenden Mechanismen weiterhin unklar sind. In dieser Arbeit wird untersucht, wie die Überexpression des Transkriptionsfaktors Engrailed-2 (EN2), ein Höomobox-Gen, das mit ASD assoziiert ist, und entzündliche Reize die Differenzierung von zerebellären Purkinjezellen beeinflussen. Mittels Schnittkulturen aus En-2 überexprimierenden Mäusen wird gezeigt, dass sowohl genetische Prädisposition als auch durch Lipopolysaccharid und Interferon-gamma induzierte Entzündung die dendritische Entwicklung der Purkinjezellen unabhängig und additiv beeinträchtigen. Die entzündungsbedingten Effekte werden durch Hemmung der Mikroglia-Aktivität und Blockade des TNFα-Rezeptors signifikant gemindert werden. Die Arbeit liefert wichtige Erkenntnisse über die multifaktorielle Genese von ASD
Untersuchungen zur Bestimmung der minimalen selektiven Konzentration von Antibiotika und Schwermetallen
Get PDFDie vorliegende Arbeit besteht aus zwei Komponenten. Der erste Teil dieser Arbeit war im interdisziplinären Verbundprojekt HyReKA verortet und bot Unterstützung der Feldarbeit durch Laborwerte. Denn zum Zeitpunkt der Arbeit gab es nur sehr wenige Daten zu Minimalen Selektiven Konzentrationen (MSC) und diese waren nicht mit Umweltbakterien ermittelt worden. Dementsprechend wurde ein gramnegatives Testsystem für MSCs auf Grundlage von Acinetobacter baylyi BD413 erarbeitet. Dieser ist sowohl Umweltorganismus, als auch Modellorganismus für A. baumannii einem Mitglied der ESKAPE Erreger. Im Zuge des Aufbaus des Testsystems wurden fünf spontane Mutanten erzeugt. Diese wurden untersucht und ebenfalls in die durchgeführten MSC-Tests miteinbezogen. Mit dem erweiterten Testsystem wurden MSCs für zehn verschiedene Antibiotika, Benzalkoniumchlorid und die Kombination aus Tetracyclin und Sulfadiazin ermittelt. Die hier ermittelten MSCs im Bereich von µg/l bzw. sogar mg/l liegen für den größten Teil der geklärten Abwässer über den gefundenen Substanzmengen im ng/l Bereich. Aber in Krankenhausabwasser, insbesondere im Rohabwasser, liegen die gefundenen Konzentrationen durchaus über den MSCs. Ausnahmen, wie die Abwässer von pharmazeutischen Produktionsstätten, überschreiten die MSCs stellenweise sogar drastisch. Es ist also davon auszugehen, dass es selektive Konzentrationen im Abwasser gibt, die die MSC überschreiten und damit das Expositionsrisiko für den Menschen erhöhen.
Der zweite Teil beschäftigte sich mit dem Isolat BN75, das vor dieser Arbeit der Art Staphylococcus aureus zugeordnet wurde. Durch Sequenzierung des Genoms konnte BN75 der Spezies S. argenteus neu zugewiesen werden. Der Stamm S. argenteus BN75 ist so besonders, da ihm quasi sämtliche sekundär aquirierten Virulenzfaktoren für Staphylokokken fehlen, genauso wie jegliche Resistenzmarker gegen Antibiotika. Diese und weitere Abweichungen im Genom und die völlige Sensibilität gegen alle getesteten Antibiotika betonen die deutliche Ferne von anthropogenen Einflüssen aufgrund der Herkunft von einem wildlebenden westlichen Flachlandgorilla (Gorilla gorilla gorilla) aus dem Regenwald von Gabun. Ein weiteres Ziel war, es eine Möglichkeit zur schnellen Diskriminierung der im Jahr 2016 relativ neuen Art S. argenteus zu nah verwandten Spezies wie S. aureus und S. schweitzeri zu finden. Besonderes Augenmerk lag dabei auf der klinischen Diagnostik, da hier eine schnellstmögliche Einordnung eines Isolates entscheidend sein kann. Hierfür wurden spezifische Marker im MALDI-TOF-MS Spektrum der drei Stämme erarbeitet, die eine zuverlässige Differenzierung ermöglichen
Were the Persian and Muslim Kingdoms Regarded as Advancing the Redemption of the Jews? : Changes in the Four Kingdoms Scheme during the Seventh Century ; (Part 1)
Get PDFThe aim of this study is to present twenty-two Hebrew texts, with translations, relating to the Danielic scheme of the Four Kingdoms. In the scheme, the Fourth Kingdom is considered evil and heralds the End of Days. According to apocalyptic dialectic, there follows a short Messianic age during which evil will be vanquished and the people of Israel will be redeemed, gathering once more in their land; after this, the next world will be established by God. Since the Danielic scheme had canonical status, Jewish poets, sages, and exegetes had to adapt it to the political circumstances of their own times and update their understanding of the Fourth Kingdom. This study focuses on the first half of the seventh century, a period that witnessed the major power struggles involving the Byzantine empire, the Sassanid kingdom, and emergent Islam. These struggles played out in Jerusalem and the Holy Land, among other places. The powerless Jewish population hoped that their Byzantine oppressors would be defeated and initially welcomed their new masters, whether Sassanian (that is, Persian) or Muslim powers, who fuelled Jewish apocalyptical hopes of the approaching redemption; this is reflected in the texts presented here. The harsh reality of Muslim rule,once established, later brought Jewish authors to express their dismay, itself becoming the Evil Kingdom. This study serves to illuminate a lesser-known chapter in Jewish attitudes towards Byzantine Christianity, Zoroastrian Persia, and the emergent Islam.Wurden die persischen und muslimischen Königreiche als Fortschritt für die Erlösung der Juden betrachtet? : Veränderungen im Vier-Königreiche-Schema während des siebten Jahrhunderts
Das Ziel dieser Studie ist es, zweiundzwanzig hebräische Texte mit Übersetzungen vorzustellen, die sich auf das Danielsche Schema der vier Reiche beziehen. In diesem Schema wird das vierte Reich als böse angesehen und kündigt das Ende der Tage an. Nach der apokalyptischen Dialektik folgt ein kurzes messianisches Zeitalter, in dem das Böse besiegt wird und das Volk Israel erlöst wird und sich wieder in seinem Land versammelt; danach wird die nächste Welt von Gott errichtet. Da das Schema des Danielbuchs kanonischen Status hatte, mussten die jüdischen Dichter, Weisen und Exegeten es an die politischen Umstände ihrer eigenen Zeit anpassen und ihr Verständnis des Vierten Reiches aktualisieren. Diese Studie konzentriert sich auf die erste Hälfte des siebten Jahrhunderts, eine Zeit, in der die großen Machtkämpfe zwischen dem byzantinischen Reich, dem Sassanidenreich und dem aufkommenden Islam stattfanden. Diese Kämpfe spielten sich unter anderem in Jerusalem und im Heiligen Land ab. Die ohnmächtige jüdische Bevölkerung hoffte, dass ihre byzantinischen Unterdrücker besiegt würden, und begrüßte zunächst ihre neuen Herren, seien es sassanidische (d. h. persische) oder muslimische Mächte, die die apokalyptischen Hoffnungen der Juden auf die nahende Erlösung nährten; dies spiegelt sich in den hier vorgestellten Texten wider. Die harte Realität der muslimischen Herrschaft, einmal etabliert, veranlasste die jüdischen Autoren später dazu, ihre Bestürzung zum Ausdruck zu bringen, die selbst zum Reich des Bösen wurde. Diese Studie beleuchtet ein weniger bekanntes Kapitel der jüdischen Haltung gegenüber dem byzantinischen Christentum, dem zoroastrischen Persien und dem aufkommenden Islam.El objetivo de este estudio es presentar veintidós textos hebreos con traducciones que hacen referencia al esquema danielista de los cuatro imperios. En este esquema, el cuarto reino se considera malvado y anuncia el fin de los tiempos. Según la dialéctica apocalíptica, a esto le sigue una breve era mesiánica en la que el mal es derrotado y el pueblo de Israel es redimido y reunido de nuevo en su tierra; después de lo cual Dios establecerá el próximo mundo. Dado que el esquema del Libro de Daniel tenía carácter canónico, los poetas, sabios y exégetas judíos tuvieron que adaptarlo a las circunstancias políticas de su época y actualizar su comprensión del Cuarto Imperio. Este estudio se centra en la primera mitad del siglo II, una época en la que tuvieron lugar las grandes luchas de poder entre el Imperio bizantino, el Imperio sasánida y el emergente Islam. Estas luchas se desarrollaron en Jerusalén y Tierra Santa, entre otros lugares. La impotente población judía esperaba que sus opresores bizantinos fueran derrotados y, en un principio, acogieron con satisfacción a sus nuevos amos, ya fueran sasánidas (es decir, persas) o musulmanes, lo que alimentó las esperanzas apocalípticas de los judíos de una redención inminente; esto se refleja en los textos que aquí se presentan. La dura realidad del dominio musulmán, una vez establecido y que se convirtió en el imperio del mal, llevó más tarde a los autores judíos a expresar su consternación. Este estudio arroja luz sobre un capítulo menos conocido de las actitudes judías hacia el cristianismo bizantino, la Persia zoroástrica y el Islam emergente
Efficient Modeling for Large-Scale Chemical Problems: Force Field Development and Screening Workflows
Get PDFThis thesis focuses on the implementation and evaluation of periodic boundary conditions (PBCs) in the force field model GFN-FF and its improvement for lanthanides and parameterization for actinides. The original model provides a robust and accurate description of geometries, frequencies, and non-covalent interactions (GFN) for molecular systems with up to 10.000 atoms, including elements up to radon. PBCs are implemented for solid-state systems to account for interactions with periodic images of the unit cell, up to specified cutoffs. The lattice parameters can be optimized with a periodic L-BFGS optimizer, and the Ewald summation ensures the convergence of the electrostatic energy with an optimal convergence factor. Existing molecular crystal benchmarks are expanded concerning atom types by compiling a benchmark including elements P, S, and Cl in addition to commonly included H, C, N, and O. A second molecular crystal benchmark is introduced, which includes peptides with an average molecular size of 96 atoms. A special run mode for molecular crystals (mcGFN-FF) is developed, significantly reducing overbinding for molecular crystals and showing performance comparable to the semiempirical tight-binding method GFN1-xTB on various molecular crystal benchmarks. Excluding the results for ten ice polymorphs, mcGFN-FF achieves a mean absolute relative deviation of 14.1 % for lattice energies and 6.4 % for unit cell volumes. The force field's applicability is further extended through reparameterization for lanthanides and the inclusion of actinides. In particular, the assignment of covalent bonds and ligand bond lengths are improved by optimized covalent radii. The force field, combined with tight-binding and DFT methods, was effectively used in a study of C60 in metal-organic frameworks for photocatalysis, revealing preferred C60 positions and the energetic improbability of solvent shell formation. The improved model enables robust molecular dynamics simulations for scientifically relevant molecules, can optimize lanthanide or actinide biocomplexes, and provides reasonable geometries and isomerization energies.
In addition to this main part, a quantum chemical workflow for the accurate calculation of reaction free energies is developed, with a special focus on microsolvation and the inclusion of conformational entropy contributions. This workflow lays the foundation for large-scale screening of tweezer-like ligands, where mircrosolvation is crucial for accurate reaction free energy predictions. Averaged reaction free energies, calculated with varying numbers of explicit solvent molecules, show an average deviation of 2.3 kcal/mol from experimental data. This level of accuracy allows screening for candidate ligands with a reasonable threshold. This work significantly facilitates computational investigations in solid-state chemistry and presents a feasible and robust approach to handle chemical problems that require mircrosolvation
Further Insights into a Late Classic Maya Relief Panel of Unknown Provenance, Repatriated to Mexico in 2025
Get PDFThis contribution presents new insights into a Late Classic Maya limestone relief panel of unknown provenance, repatriated to Mexico in 2025. The artifact, intricately carved and culturally significant, likely originated in the Puuc region of the northern Maya lowlands and dates to between 600 and 900 CE. After decades in a private collection in Chicago, the fragment was voluntarily returned to Mexico's Instituto Nacional de Antropología e Historia (INAH) by the heirs of the Sullivan family, in collaboration with the National Museum of Mexican Art. Through extensive provenance research and a close study of the unpublished archive of the late Maya scholar Karl Herbert Mayer (1944-2025), the authors reconstruct the object's post-discovery trajectory and original appearance. Mayer's personal archive—now housed at the University of Bonn as part of the Text Database and Dictionary of Classic Mayan project—includes a previously overlooked photograph showing the complete panel prior to its division. Iconographic and stylistic analysis suggests the panel once formed part of a larger architectural ensemble and shares notable affinities with a second, similarly unprovenanced relief now in the Seattle Art Museum. The study highlights the panel's ceremonial iconography and explores its likely function as a sculpted door element within a temple or palace structure. Beyond its art-historical contributions, the article reflects on the challenges of so-called "partial repatriation" and underscores the enduring importance of archival research in reconstructing fragmented cultural histories. The voluntary return of the panel stands as a significant precedent for ethical stewardship, scholarly collaboration, and the dignified reintegration of cultural heritage
Analyse der zirkulierenden circRNA-Expression im Blut von Patienten mit einem Prostatakarzinom
Get PDFDas Prostatakarzinom ist eine der häufigsten malignen Erkrankungen des Mannes; die etablierten Früherkennungsverfahren – Serum-PSA und digital-rektale Untersuchung – sind jedoch nur mäßig spezifisch und sensibel. Um eine nichtinvasive Ergänzung oder Alternative zu entwickeln, wurden fünf zirkuläre RNAs (circSMARCA5, circFOXO3, circHIPK3, circZMIZ1, circSLC19A1) als potenzielle Biomarker untersucht. Hierfür entnahmen wir vor der Prostatabiopsie Serumproben von 96 konsekutiven Patienten (95 auswertbar), entfernten lineare Transkripte enzymatisch mit RNase R und quantifizierten die circRNAs mittels RT-qPCR. Divergente Primer wurden mit CircInteractome, circPrimer 2.0 und Primer-BLAST entworfen; ihre Effizienzen lagen zwischen 96 % und 113 %. Das zirkuläre Refer enzgen circN4BP2L2 (M-Faktor 1,367) gewährleistete eine stabile Normalisierung der Messungen. Seine Ringstruktur verleiht ihm dieselbe RNase-R-Resistenz und Extraktionseffizienz wie den Ziel-circRNAs. Lineare Housekeeping-Gene würden hier anfälliger für Abbau sein und könnten die Stabilität von circRNAs unterschätzen, weshalb ein zirkuläres Referenzgen die Vergleichbarkeit der Ct -Werte deutlich erhöht.
Keine der fünf circRNAs unterschied sich signifikant zwischen Tumor- und Kontrollseren, sodass sich aus der Analyse keine diagnostische Information ableiten ließ. Dagegen korrelierten circZMIZ1 (p = 0,045) und circSLC19A1 (p = 0,035) mit steigenden PSA-Werten, und circZMIZ1 war bei Patienten mit Fernmetastasen deutlich erhöht (p = 0,010).
Diese Ergebnisse zeigen, dass die untersuchten circRNAs alleine nicht zur Erstdiagnose eines PCA geeignet sind, unterstreichen aber das prognostische Potenzial von circZMIZ1 als möglicher Metastasen-Indikator sowie von circSLC19A1 als Spiegel der PSA-abhängigen Tumorlast. Abweichungen zu früheren Gewebestudien lassen sich plausibel auf den Einsatz einer größeren, klinisch repräsentativen Serumkohorte zurückführen . Zukünftige Studien sollten das Potenzial von circZMIZ1 als nichtinvasiven Biomarker für Diagnose und Verlaufskontrolle des Prostatakarzinoms weiter evaluieren.The relevance of circRNAs in serum of patients undergoing prostate biopsy
Objectives: Increased levels of circular RNAs (circRNA) in serum/plasma have been identified in various malignancies. Our aim was to investigate serum levels of circHIPK3, circFOXO3, circSLC19A1, circSMARCA5 and circZMIZ1 in patients undergoing prostate biopsy suspicious of prostate cancer in a prospective multi-centre study.
Methods: Serum samples of 96 patients were collected preoperatively. Total RNA was isolated, and circRNA levels were quantified using pre-amplification followed by real-time PCR. The levels of circHIPK3, circFOXO3, circZMIZ1, circSLC19A1 and circSMARCA5 were determined using circN4BP2L2 as reference gene.
Results: We excluded 1 sample due to low RNA recovery; 95 patient samples were used for further analysis (prostate cancer n=68, non-malignant n=27). The levels of studied circular RNAS were not different in patients with presence of PCA or non-malignant tissue in the prostate biopsy. However, we observed a significant increase of serum circRNAs levels in patients with metastatic PCA (circZMIZ1) and increased PSA (circZMIZ1, circSCLC19A1).
Conclusions: Our study shows that patients with metastatic PCA have increased levels of cricZMIZ1, indicating that circZMIZ1 could be used as prognostic biomarker
Prevalence and determinants of subretinal drusenoid deposits in patients' first-degree relatives
Get PDFPurpose: Subretinal drusenoid deposits (SDDs) are distinct extracellular alteration anterior to the retinal pigment epithelium (RPE). Given their commonly uniform phenotype, a hereditary predisposition seems likely. Hence, we aim to investigate prevalence and determinants in patients’ first-degree relatives.
Methods: We recruited SDD outpatients at their visits to our clinic and invited their relatives. We performed a full ophthal- mic examination including spectral domain–optical coherence tomography (SD-OCT) and graded presence, disease stage of SDD as well as percentage of infrared (IR) en face area affected by SDD. Moreover, we performed genetic sequencing and calculated a polygenic risk score (PRS) for AMD. We conducted multivariable regression models to assess potential determinants of SDD and associations of SDD with PRS.
Results: We included 195 participants, 123 patients (mean age 81.4 ± 7.2 years) and 72 relatives (mean age 52.2 ± 14.2 years), of which 7 presented SDD, resulting in a prevalence of 9.7%. We found older age to be associated with SDD pres- ence and area in the total cohort and a borderline association of higher body mass index (BMI) with SDD presence in the relatives. Individuals with SDD tended to have a higher PRS, which, however, was not statistically significant in the multivariable regression.
Conclusion: Our study indicates a potential hereditary aspect of SDD and confirms the strong association with age. Based on our results, relatives of SDD patients ought to be closely monitored for retinal alterations, particularly at an older age. Further longitudinal studies with larger sample size and older relatives are needed to confirm or refute our findings. <br/
Pluripotent stem cells as a model system for the investigation of cardiovascular development and disease
Get PDFCardiovascular diseases account for 32% of total worldwide mortality, according to the World Health Organization (WHO), thus underscoring the need for innovative therapeutic approaches. The pluripotency characteristic of embryonic stem (ES) cells and induced pluripotent stem (iPS) cells, with their ability to differentiate into various cell types, makes them valuable tools in cardiovascular research. Therefore, the central aspect of this work was to use pluripotent cells to explore the early steps of cardiovascular development, as these are challenging to investigate directly in vivo due to limited accessibility. In summary, several ECM proteins were shown to play a role in cardiovascular development. First, a notable reduction in the formation of vessel-like structures within ILK-deficient (-/-) EBs was observed. ILK deficiency affects tyrosine kinase receptor-dependent signalling pathways that are important for vital processes such as proliferation, migration and apoptosis by inhibiting intracellular Ca²? elevation. ILK plays a key role in shaping endothelial cell (EC) development and function by modulating caveolae positioning and maintaining the structural integrity of actin and tubulin subcellular networks. Disruption of laminin gamma1, an extracellular matrix (ECM) molecule involved in severe skeletal muscle pathologies and cardiac disorders such as muscular dystrophy and cardiac hypertrophy, results in altered basement membrane formation, changes in beta1 integrin distribution and collagen VI deposits in 3D cardiomyocyte models. These ECM deposits create isolated pacemaker regions, providing valuable insights into disrupted electrical signal propagation and arrhythmia.
The discovery of iPS cells enables the generation of cell lines with gene defects directly from patients with cardiovascular diseases. In LQT syndromes, a gene mutation in a specific ion channel establishes a clear link between the genotype and the consequent disease phenotype. Therefore, a mouse model of LQTS3 with the prevalent human delta KPQ mutation in the cardiac sodium channel was used to investigate a monogenetic disorder, which leads to prolonged cardiac APD due to delayed repolarization, extended QT interval, and ventricular arrhythmia. The study aimed to determine whether disease-specific cardiomyocytes, derived from iPS cells obtained from mouse fibroblasts after reprogramming and subsequent in vitro differentiation, could accurately replicate the distinct phenotype observed in mice. The experiments revealed that these disease-specific cardiomyocytes effectively mirror the unique characteristics, such as prolonged action potentials and early after-depolarizations. This finding underscores the potential utility of iPS-derived cardiomyocytes for investigating monogenetic disease mechanisms, even before reaching full terminal maturation. To optimize cardiomyocyte production, a scalable method using a lentiviral-non-clonal gene transfer with antibiotic selection for purifying iPS cell-derived cardiomyocytes was investigated. Genetically modified iPS cell-derived cardiomyocytes retain disease characteristics and are suitable for automated drug screening using planar patch clamp analysis and scalable microelectrode array technologies. Next, iPS cell-derived cardiomyocytes from patients harboring a heterozygous p.R1644H mutation demonstrated the iPS cell-derived cardiomyocytes' potential for evaluating drug responses relevant to LQTS3 treatment in humans. Drugs such as mexiletine and ranolazine were found to effectively mitigated LQTS3 features, aligning with clinical effectiveness.
Finally, the application of optogenetics to ES cell-derived cardiomyocytes using LWO, a red light-sensitive opsin showed that its red-light responsiveness surpasses traditional pharmacological methods in terms of temporal efficacy in activating and deactivating the Gi intracellular signaling pathways. The specificity and efficacy of optogenetic techniques make them promising for high-throughput all-optical drug screening. This is because they minimise false positive or negative results by activating target proteins specifically, without interfering with other signalling components or limiting diffusion problems.
In conclusion, pluripotent stem cells, particularly ES and iPS cells, emerge as valuable tools for studying cardiovascular development. They can also serve as reliable models for drug screening, offering insights and applications that contribute to the advancement of cardiovascular research and therapeutics. This correspondence between iPS-derived cells and clinical data suggests that they could be used to predict and validate therapeutic agents