Wie alle zellbasierten Assays erfordert der RTCA-Antiviren-Screening-Assay eine Optimierung für jedes Virus-Zell-System. Da der Assay virusinduzierte zytopathische Effekte (CPE) über Impedanzänderungen detektiert, ist er abhängig von einem permissiven Zellmodell, das virale Replikation und messbare CPE unterstützt. Viren, die keine impedanzdetektierbaren CPE hervorrufen, eignen sich möglicherweise nicht für diesen Ansatz; in solchen Fällen können alternative Methoden wie die FRNT verwendet werden, sofern virus-spezifische Antikörper verfügbar sind. Eine weitere wichtige Überlegung ist, dass Veränderungen des Zellindex nicht ausschließlich durch virusinduzierte Zytolyse verursacht werden. Änderungen in Zellmorphologie, Adhäsion, Proliferation und Anheftung können ebenfalls die Impedanzsignale beeinflussen und die Beurteilung antiviraler Aktivität möglicherweise verfälschen. Daher sollten die Wirkungen antiviraler Wirkstoffe auf den Zellindex in Vorstudien oder mithilfe geeigneter Wirkstoff-kontrollierter Ansätze evaluiert werden. In der vorliegenden Studie wurden, um die Anzahl der pro Platte getesteten Wirkstoffe zu maximieren, Kontrollen mit antiviralen Wirkstoffen allein vor dem Screening-Assay durchgeführt, um die Baseline-Effekte jedes Kandidaten in Abwesenheit einer Virusinfektion zu ermitteln. Die Assay-Leistung wird außerdem durch Faktoren wie Zellansaatdichte, Zeitpunkt der Virusinokulation und Mediumbedingungen beeinflusst, die das Zellwachstum, die virale Replikation, die Entwicklung von CPE sowie die Reproduzierbarkeit des Assays beeinträchtigen können7,10,16. Daher ist eine systematische Optimierung für eine robuste und zuverlässige, auf RTCA basierende antivirale Screening-Methode unerlässlich.
Nachdem die optimalen Testbedingungen festgelegt wurden, erfordert die erfolgreiche Durchführung impedanzbasierter Echtzeit-Antivirenassays eine gleichmäßige Zellaussaat, gesunde Zellen und stabile Testbedingungen. Eine hohe Variabilität von Brunnen zu Brunnen wird häufig durch eine ungleichmäßige Zellverteilung oder ungenaues Pipettieren verursacht; daher sollten Zellsuspensionen vor der Aussaat gründlich gemischt werden, und die Platten nach der Aussaat 30 min bei Raumtemperatur stehengelassen werden, um eine einheitliche Zellansiedlung zu fördern und Randeffekte zu verringern. Mindestens drei Wiederholungen pro Behandlungsgruppe werden empfohlen, während zusätzliche Wiederholungen für negative (nicht infizierte) und positive (nur Virus) Kontrollen dringend empfohlen werden, da diese Werte als Referenzpunkte für die Berechnungen von %ZPE und %Neutralisation über alle Behandlungsbedingungen hinweg dienen. Falls die virusinduzierte ZPE schwach oder inkonsistent ist, sollte die Qualität des Virusstamms und der Zustand der permissiven Zelllinie überprüft werden. Um die Virusinfektiosität zu erhalten, sollten wiederholte Einfrier- und Auftauzyklen vermieden werden, indem für jedes Experiment eimalig verwendbare Virusaliquote hergestellt werden. Schließlich wird dringend die Verwendung einer Zellbank empfohlen, die permissive Zellen bei einer konstanten Passagezahl enthält, um die experimentelle Variabilität zu minimieren und die Reproduzierbarkeit des Assays zu verbessern. Falls der Zellindex, der unmittelbar vor der Infektion gemessen wird (typischerweise etwa 24 h nach der Aussaat), unterhalb des etablierten Referenzwerts für die permissive Zelllinie liegt und somit auf eine suboptimale Zellgesundheit oder -vermehrung hindeutet, sollte das Experiment abgebrochen werden. In solchen Fällen sollte ein neues Gefäß mit kryokonservierten Zellen aufgetaut und der antivirale Screening-Assay wiederholt werden.
Wenn der antivirale Screening-Test unter gut kontrollierten, optimierten Bedingungen durchgeführt wird, wie durch die hier präsentierten Screening-Daten belegt, kann der impedanzbasierte Test die Echtzeit-Reduktion des zytopathischen Effekts (CPE) durch antivirale Wirkstoffe genau quantifizieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen, die auf arbeitsintensiven Endpunkt-Messungen beruhen, ermöglicht die kontinuierliche und nichtinvasive Impedanzmessung eine longitudinale Überwachung des gesamten Spektrums virusinduzierter zellulärer Schäden sowie der kinetischen Profile antiviraler Reaktionen. Diese Fähigkeit zur Echtzeit-Messung erleichtert die Identifizierung optimaler zeitlicher Fenster zur Detektion nicht nur früh einsetzender, sondern auch verzögerter antiviraler Effekte, die von konventionellen Endpunkt-Assays möglicherweise übersehen werden.
Darüber hinaus bietet das hier beschriebene RTCA-Protokoll im Vergleich zu herkömmlichen Methoden einen schnelleren und erheblich vereinfachten Arbeitsablauf für die antivirale Wirkstoffprüfung. Der Test erfordert lediglich einen initialen Zellansaat, gefolgt von der Zugabe von Virus in Gegenwart oder Abwesenheit antiviraler Wirkstoffe. Weitere Handgriffe oder Nachbearbeitungsschritte nach dem Test sind nicht erforderlich. Die Versuchsdurchführung und Datenanalyse werden zusätzlich durch das speziell angepasste Virologie-Softwaremodul des Systems vereinfacht, das die automatische Berechnung von in der VRNT üblicherweise verwendeten Parametern ermöglicht, darunter %CPE, %Neutralisierung sowie die höchste Verdünnung oder niedrigste Konzentration eines antiviralen Wirkstoffs, die einen vom Anwender definierten Neutralisierungsgrad erreicht. Insgesamt ermöglichen diese Vorteile eine schnelle und parallele Prüfung einer deutlich größeren Anzahl von Testbedingungen (Wirkstoffvergleiche, erweiterte Verdünnungsreihen usw.) als mit herkömmlichen Methoden üblicherweise möglich ist.
Obwohl der hier beschriebene Test in einem 96-Loch-Plattenformat entwickelt wurde, kann er unter den oben beschriebenen geeigneten Testbedingungen an ein 384-Loch-Plattenformat angepasst werden. Zur Unterstützung dieses hochdurchsatzfähigen, impedanzbasierten Tests kann ein automatisiertes impedanzbasiertes RTCA-System eingesetzt werden, das die gleichzeitige Bearbeitung von bis zu vier 384-Loch-Platten ermöglicht.
Neben der antiviralen Wirkstoffprüfung kann diese RTCA-Methode auch auf Kombinationstherapiestudien, Serologie und Untersuchungen zur viralen Immunflucht angewendet werden. Durch die Messung der Fähigkeit therapeutischer Antikörper oder immunologischer Seren, virusinduzierte zytopathische Effekte (CPE) zu verhindern, ermöglicht der Test eine markerfreie, Echtzeit-Bewertung der neutralisierenden Aktivität und schützenden Immunantworten nach Infektion oder Impfung. Außerdem können durch den Vergleich der Neutralisierungsprofile verschiedener Virusvarianten Veränderungen der Anfälligkeit im Zusammenhang mit Immunflucht aufgezeigt werden. In Kombination mit der genomischen Sequenzierung kann dieser Ansatz die Identifizierung von antikörperresistenten Varianten erleichtern und die Entwicklung von Impfstoffen, Antikörpertherapeutika und antiviralen Strategien der nächsten Generation unterstützen.