本文介绍了一种利用模式动物秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)评估化学物质毒性的基本实验方案。该方法简便实用,不仅适用于药物研发,也适用于各类环境污染物的风险评估。
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本文介绍了一种利用模式动物秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)评估化学物质毒性的基本实验方案。该方法简便实用,不仅适用于药物研发,也适用于各类环境污染物的风险评估。
毒理学评估对于理解化学物质在基础和应用生物学领域对生物体的影响至关重要。一种非哺乳类土壤线虫, 秀丽隐杆线虫是一种在毒理学研究中具有重要价值的模式生物,相较于哺乳动物系统,其具有操作便捷且无动物伦理问题的优势。本方案中,详细描述了在该生物中进行化学品毒理学评价的具体步骤。 秀丽隐杆线虫 描述了一种方法。选择了一种临床抗癌药物依托泊苷(etoposide)作为模型测试化合物,该药物靶向人类拓oisomerase II并抑制人类癌细胞的DNA复制。采用年龄同步化的 秀丽隐杆线虫 卵子分别暴露于二甲基亚砜(DMSO)或依托泊苷中,随后观察其生长情况 秀丽隐杆线虫 通过体视显微镜观察,连续4天每天监测一次。记录产下的卵总数 秀丽隐杆线虫 用立体显微镜对经DMSO或依托泊苷处理的样本进行计数。依托泊苷处理显著影响了生长与繁殖能力 秀丽隐杆线虫通过比较经不同处理时间的化学物质处理后线虫产卵总数,可以确定这些化学物质对线虫生殖毒性的效应。 秀丽隐杆线虫 生殖功能是否可逆或不可逆。这些方案可能对各类药物的开发以及环境毒物的风险评估均有帮助。
毒理学评价对于药物、营养保健品和化妆品的研发,以及各种环境毒素的风险评估至关重要。in vivo 实验系统中,啮齿类动物模型是毒理学研究最常用的模型之一;此外,非哺乳动物生物如 C. elegans 也被广泛应用。非哺乳动物毒理学评价模型不仅有助于解决动物伦理问题,而且在成本效益、易维护性、实验速度和可重复性方面具有显著优势1,2,3,4。
C. elegans 是一种土壤线虫,已被广泛用作多种基础和应用生物学及化学研究的模式生物。它是一种长约1毫米的透明线虫,可在固体或液体线虫生长培养基(NGM)中简单培养,并以大肠杆菌菌株Escherichia coli OP50作为食物来源。C. elegans 生命周期短,野生型N2品系的C. elegans 可产约300个卵,因此易于扩增,可大量获得实验材料3,4,5。C. elegans 也已广泛应用于多种药物和环境污染物的毒理学研究6,7,8,9。
由于许多抗癌药物以快速分裂的癌细胞为靶点,它们也可能损害其他快速分裂的正常细胞,例如骨髓细胞、肠上皮细胞和毛囊细胞。例如,拓扑异构酶抑制类抗癌药物通过靶向癌细胞的DNA复制过程发挥作用,因此也会抑制快速分裂的正常细胞。所有生物体都含有拓扑异构酶,而这些拓扑异构酶抑制剂很可能对生态环境系统产生影响6,10,11。因此,利用模式动物建立的药物毒理学评价平台,对于药物研发和环境风险评估均具有重要价值。
本文中,我们描述了以依托泊苷(etoposide)作为模型毒性化学物在C. elegans中检测其毒性的详细实验方案。依托泊苷是一种靶向拓扑异构酶II的临床抗癌药物。为此,我们将介绍对经依托泊苷处理的C. elegans进行体长测量以及总产卵数测定的方法。
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注意:整个实验必须在洁净的隔离实验室中进行,室温维持在 20 °C,粉尘含量低,并在处理线虫和细菌时尽量减少污染。为此,实验必须在酒精灯火焰下或使用洁净工作台进行。
1. 维持 秀丽隐杆线虫 以及化学检测用卵的制备
2. 热灭活的制备 E. coli 喂食 OP50 秀丽隐杆线虫 毒性测试期间
3. 制备含1% DMSO或750 µM 依托泊苷的NGM平板
4. C. elegans 生长的测量
5. C. elegans 产卵实验
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经依托泊苷处理(24–96 小时)后,C. elegans 的生长显著受到抑制。培养 96 小时后,依托泊苷处理的线虫体长达到 0.86 mm,而溶剂对照组处理的线虫体长达到 1.04 mm(图 1)。在体视显微镜下也可明显观察到生长迟缓现象(图 2)。在培养 72 小时时,溶剂对照组线虫开始产卵;而依托泊苷处理组则在处理 96 小时后才观察到卵。根据这些数据,我们推测依托泊苷处理延迟了 C. elegans 的首次产卵时间。
除了延迟产卵外,依托泊苷处理还显著降低了每条线虫产下的卵的总数(图3)。当幼年成虫在存在(图3B)或不存在(图 3...
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本文以土壤线虫 C. elegans 为模型,描述了利用依托泊苷作为毒性示例进行化学物质毒性评价的方法。为此,我们采用了两种实验条件。在第一组实验中,将 C. elegans 从卵阶段开始在含有依托泊苷的培养板上培养至年轻成虫阶段,随后将线虫转移至不含化学物质的正常 NGM 培养板上产卵。在第二组实验中,C. elegans 在整个实验期间持续暴露于依托泊苷处理。通过比较两种实验条件下产卵数量的差异,可以判断受试化合物引起的生殖毒性是否具有可逆性。依托泊苷在两种实验条件下均显著减少了产卵总数(图3)。这些数据表明,在早期生长阶段对依托泊苷的预处理已足以对生殖器官(包括性腺生殖细胞)造成损伤;据此可推测,依托泊苷处理在 C. elegans 中诱导的生殖毒性是不可逆的6。
除了本文所述的 C. elegans 实验外,还可采用其他毒性检测方法,如寿命测定...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本研究由韩国科学技术院院内研究基金(2E27513)以及由农业、食品和农村事务部资助的高附加值食品技术开发计划(IPET)(315067-03)支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 琼脂 | Affymetrix, USA | 10906 | |
| Caenorhabditis elegans N2 | 秀丽隐杆线虫遗传中心(CGC) | 野生型 | |
| 胆固醇 | Sigma, USA | C3045 | |
| 二甲基亚砜 | Sigma, USA | D2650 | |
| Escherichia coli OP50 | 秀丽隐杆线虫遗传中心(CGC) | ||
| 依托泊苷 | Sigma, USA | E1383 | |
| Image J 软件(版本 1.4) | 美国国立卫生研究院,美国 | https://imagej.nih.gov/ij/ | |
| 显微镜相机 | Jenopitk, Progress Gryphax, Germany | ||
| 蛋白胨 | Merck, USA | 107213 | |
| 35 × 10 mm 培养皿 | SPL Life Sciences, 韩国 | 10035 | |
| 90 × 15 mm 培养皿 | SPL Life Sciences, 韩国 | 10090 | |
| 体视显微镜 | Nikon, 日本 | SMZ800N | |
| 酵母提取物 | Becton Dickinson, USA | 212750 |
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