(1)細胞内細菌性病原体を標的とする真核生物の細胞浸透性抗菌薬を同時に同定し、(2)真核生物の細胞毒性を評価するために、ハイスループットのリアルタイムアッセイが開発されました。その後、同じ技術のバリエーションをデジタル分注技術と組み合わせて、簡便で高解像度の用量反応、および 2 次元および 3 次元の相乗効果研究を可能にしました。
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(1)細胞内細菌性病原体を標的とする真核生物の細胞浸透性抗菌薬を同時に同定し、(2)真核生物の細胞毒性を評価するために、ハイスループットのリアルタイムアッセイが開発されました。その後、同じ技術のバリエーションをデジタル分注技術と組み合わせて、簡便で高解像度の用量反応、および 2 次元および 3 次元の相乗効果研究を可能にしました。
細胞内の抗菌活性および真核細胞の細胞毒性の伝統的な対策は、エンドポイントアッセイに依存しています。このようなエンドポイントアッセイは、細胞溶解、コロニー形成単位の決意、または試薬の添加等の読み出しに先立って、いくつかの追加の実験工程を必要とします。アッセイの数千を行う場合、例えば、ハイスループットスクリーニング中に、アッセイのこれらのタイプのために必要な下流の労力が大きいです。したがって、ハイスループット抗菌発見を容易にするために、我々は、同時に細胞内の細菌増殖の阻害剤を同定し、真核細胞の細胞毒性を評価するためのリアルタイムアッセイを開発しました。具体的には、リアルタイム細胞内細菌増殖の検出は、細菌ルクスオペロン( 第 1 世代アッセイ)または蛍光タンパク質レポーター( 第 2 世代 、直交アッセイ)のいずれかで、細菌のスクリーニング株をマークすることで有効になっていました。非毒性、細胞膜非透過性、核酸結合色素また、マクロファージの初期感染時に追加されました。これらの色素は、生細胞から除外されます。しかし、非生存宿主細胞は、エントリと核DNA(デオキシリボ核酸)の蛍光標識を可能にする膜の完全性を失います。注目すべきことに、DNA結合は、宿主細胞死の溶液ベースの読み出しを提供する蛍光量子収率の大幅な増加と関連しています。我々は、マイクロプレート形式でハイスループットスクリーニングを実行するために、そして顕微鏡により細胞内増殖および細胞毒性を評価するために、この組み合わせアッセイを使用しています。注目すべきことに、抗菌剤は、一緒に適用二つ以上の抗菌剤の相乗効果は、別々に適用した場合よりも大きくなっている相乗効果を発揮することができます。異なる濃度の抗生物質の組み合わせの順列が評価されなければならないような細胞内病原体に対するin vitroでの相乗効果のためにテストすることは、通常、驚異的な作業です。しかし、私たちは、リアルタイムアッセイは自動化され、デジタルディスペンシング技術pで組み合わせることがわかりました容易な相乗効果のテストをermitted。これらのアプローチを使用して、我々は体系的に細胞内病原体、 レジオネラ・ニューモフィラに対してだけでは抗菌剤の多数のアクションと組み合わせてを調査することができました。
細胞内区画に一時的に成長するか、存在する病原体が治療根絶することは困難です。義務または比較的ようなレジオネラ・ニューモフィラ 、Q熱リケッチア 、 ブルセラ属などの細胞内病原体を義務づけます。 、野兎病菌 、およびマイコバクテリウム属 。多くの場合、数ヶ月から数年もの範囲とすることができる治療法のための抗菌薬治療の長期のコースを必要とします。さらに、細胞外病原体は、一過性の細胞内ニッチを占め、このように抗菌薬治療の通常のコースによってクリアランスを逃れ、後に病原性感染症の新しいラウンドを開始するために出てくることがあります。 黄色ブドウ球菌 1及び尿路病原性腸内細菌2,3感染は2ますます認識の例です。したがって、基本的な薬物発見の目的は、細胞内コンパートメントに浸透新規な抗菌剤を同定することです。迅速に根絶するための最適な治療法細胞内の生物サブ抑制抗菌剤暴露による耐性の発生を防止するには、特に望ましいです。
この目的のために、我々は、モデル病原体、 レジオネラ・ニューモフィラの細胞内増殖を標的細胞内浸透抗菌剤を同定するためのハイスループットスクリーニング技術を開発しました。 4前臨床観察は、標準的な抗菌薬感受性試験は、正確にこの生物に対してインビボ治療効果が予測しなかったことを示しています。このようなβラクタムおよびアミノグリコシドなどの抗菌剤の主要なクラスは、無菌的に成長したレジオネラ菌に対して非常に有効であるが、十分にレジオネラ菌が存在する細胞内コンパートメント内に侵入しないため、 図5は、具体的には、これがありました。 5,6後で証拠は、技術的に、より複雑な細胞内増殖アッセイが効果的に臨床効果を予測することが示唆されました。 7 残念ながら、これらのアッセイは、コロニー形成単位の計数のために、異なる時間点で、溶解する抗菌剤で処理された感染したマクロファージを、必要とする非常に面倒なエンドポイントアッセイは、ありました。このようなアッセイは、大規模に行うことは非現実的であり、高スループットの薬物発見のために不適当です。
したがって、我々は、細胞内細菌増殖のリアルタイム決意する技術を開発しました。 6これは、4または蛍光タンパク質9レポーター(ここで説明した第二世代、直交アッセイは、)は、細菌染色体に細菌ルシフェラーゼオペロン8(前述した第1世代のアッセイ)のいずれかの統合により改変された細菌株の使用を通じて達成されました。このように、発光または蛍光シグナルは、細菌数のサロゲート、リアルタイムの読み出しを提供します。
しかし、これらの属性は、細胞内infectioの主要な交絡因子に対応していません宿主細胞上のnアッセイ、オフターゲット効果。具体的には、宿主細胞の死は、本質的に細胞内増殖を制限し、抗菌効果の偽陽性の同定をもたらします。スクリーニングライブラリのように多くの化合物は、毒性の真核細胞であり、このような偽陽性は、解決のためのフォローアップ、エンドポイントの細胞毒性アッセイを大量に必要と、真の抗菌剤を圧倒だろう。
これにより、同時に、真核生物細胞の生存および細胞内増殖を評価できることが非常に重要でした。注目すべきことに、非生存真核細胞の特性は、細胞膜の完全性の喪失です。細胞膜の透過性を試験するプローブは、したがって、細胞の生存率を評価するために使用されてもよいです。我々は、以前にアクセスし、死細胞の核DNAを染色する推定細胞膜非透過性、蛍光DNA結合色素の一連の能力を特徴とします。 4核DNAを結合すると、これらの染料はquantuの大幅な増加を表示しますバックグラウンド溶液蛍光にわたって増加したシグナルが得られメートル蛍光収率。このように、これらの色素は、真核細胞死の定量的な読み出しを提供しました。 4は注目すべきことに、我々はいくつかは、J774マクロファージとの長時間の同時インキュベーションの間に自分自身に非毒性であることがわかりました。初期感染の間に添加された場合、それらは、マイクロプレート蛍光光度計により測定又は顕微鏡で観察することができる真核細胞死のリアルタイム蛍光読み出しが得られました。
従って、細菌のレポーターおよび非毒性、膜非透過性、DNA結合色素の使用を組み合わせることにより、我々は、同時に細菌負荷および真核細胞毒性の両方を測定するための簡単な、非破壊、リアルタイムアッセイを開発することができました。このアッセイは、私たちは〜250抗菌剤との細胞内増殖を阻害する能力のために機能的に特徴付けられていない活性を有する>24万小分子を含む384ウェルプレートフォーマット〜万知られている生物活性物質にスクリーニングすることができましたレジオネラ・ニューモフィラ 、同時に、各化合物の真核細胞の細胞毒性データを生成します。 6 レジオネラ菌の細胞内増殖に対する既知の抗菌剤の我々の分析は、これまでのこのタイプの最も包括的な探査ました。 6
組み合わせて使用する我々のアッセイフォーマットの効率に基づいて、我々はまた、続いて既知の抗菌剤の潜在的な相乗効果を調査しました。最も一般的な相乗作用試験の一つ、いわゆるチェッカーボードアッセイは、標準的に二つ以上の抗菌剤の二倍連続希釈の組み合わせ効果を評価することによって行われます。二つ以上の抗菌剤を別々に適用各々の効果の和よりも一緒に適用されたときに、これらのアッセイでは、図10に示すように 、相乗効果は、より大きな効果を観察することにより定義されます。注目すべきは、これまで、唯一の集中と選択の相乗試験は、細胞内のレジオネラ・ニューモに対して行いましたが必要な組合せの順列を乗じた伝統的なエンドポイントアッセイに関与して多大な努力のため。
相乗効果のテストを容易にするために、我々は、自動化されたデジタルディスペンシング技術6との組み合わせで、当社のリアルタイム細胞内増殖/真核生物の細胞毒性アッセイを利用しました。この自動化は、384ウェル形式でDMSO単独の水溶液で、または組み合わせ中に溶解した化合物の連続希釈液を分配するために、私たちを可能にしました。 11はまた、このような強固な液体処理技術は、簡単に、より高い解像度を実行するために私達を許可し、平方根-の-2(むしろ標準よりも、低い解像度、倍増)我々の2つの次元で特異性の高いレベルを達成するために希釈組み合わせを、チェッカーボード相乗効果分析。この解像度が2倍希釈系列12を使用した場合の再現性についてのシナジーフィールドの懸念に対処する上で特に有用でした。最後に、私たちのアッセイは、定量的ともTHERましたEFORE阻害の階調を測定しました。その結果、アッセイは、成長阻害の同様のレベルでのコンビナトリアル濃度を接続アイソコンターする等高線アイソボログラムで発現抑制情報の全体を、捕獲しました。 6このプロット戦略は組み合わせ用量反応曲線の可視化を可能にしました。我々の方法論を例示するために、我々は、これらのアッセイを実施するための我々のプロトコルを記述し、代表的な結果を示します。
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1.リアルタイム細胞内増殖および真核細胞毒性アッセイ
2.データ解析
3.シングルおよびマルチ次元( すなわち 、シナジー)用量反応試験およびデータ解釈
FICは、FICのA + FIC Bは+を=。 。 .FIC nは、それぞれの阻害の組み合わせのために。 アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
マイクロプレートの細胞内増殖アッセイ
図1は、アッセイ工程をダイアグラム。示さ自動化の手順を手動で実行することができます。しかし、スループットが大幅に液体ハンドリングシステムを使用して促進されます。
図2は、384ウェルマイクロプレート、デュアル読み出し、リアルタイム細胞内増殖および(LP02)はどちらかルクスオペロン( 図2A、2B)またはmNeptune2蛍光タンパク質でマークされたレジオネラ株を(使用して、真核細胞の細胞毒性アッセイからの代表的な結果を示しています図2C、2D)レポーター。正および負の対照化...
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我々は、細胞内の細菌の増殖および宿主細胞の細胞毒性の同時検出のためのリアルタイムアッセイを記載します。プロトコルにおけるいくつかの重要なステップがあります。まず、堅牢なアッセイ性能のために、細菌や細胞毒性の読み出しとの間に十分なスペクトル分離が存在しなければなりません。このような分離は、ルシフェラーゼオペロンの記者や蛍光DNA結合色素の組み合わせのために固有のものです。しかし、私たちの経験( 表1-3、 図2)、二重の使用に基づいて、蛍光読み出しは非重複蛍光シグナル( 例えば 、遠赤色蛍光タンパク質レポーターと緑の核酸染色の使用は)堅牢取得するときに必要な、溶液ベースのデータ。また、潜在的に利用可能なリーダーの光学系または溶液の蛍光特性に関連する先行経験から、緑またはオレンジの発光を有する唯一のDNA染色はよりすなわち 、Z '大きく、使用可能な細胞毒性データを与えた> 0.5、STRONを示す指標グラムの分析性能。 4したがって 、溶液ベース、デュアル読み出しアッセイは幾分レポーターを使用すること...
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著者らは開示するものは何もない。
この原稿で報告された研究では、コンテンツはもっぱら著者の責任であるJEKする賞の数R01AI099122下アレルギーや国立衛生研究所の国立感染症研究所によってサポートされていましたし、必ずしも国立研究所の公式見解を示すものではありません。健康。私たちは、ICCB-ロングウッドスクリーニング施設および/または国立スクリーニング研究室からのジェニファー・スミス、デヴィッド・ローベル、蘇チェンマイ、ダグ洪水、ショーン・ジョンストン、ジェニファーNale、スチュワートルドニツキ、ポール・ヤン、リチャード・シウ、そしてレイチェルウォーデンに感謝したいと思いますニューイングランド地域の生物兵器防衛エクセレンスのセンターと(U54AI057159でサポートされている)新興感染症のハイスループットスクリーニングアッセイの開発と性能での支援のため。また、原稿上で役に立つコメントのためにケネス・P.スミスに感謝したいと思います。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| J774A.1細胞 | American Type Culture Collection | TIB-67 | Host cell |
| ACES | Sigma-Aldrich | A9758 | 緩衝炭酵母エキス寒天培地および緩衝酵母エキス培地を作るため |
| 酵母抽出物、限外ろ過 | ベクトン・ディキンソン/ディフコ | 210929 | 緩衝炭酵母抽出物寒天および緩衝酵母抽出培地を作るため。低グレードは成長障害を引き起こし、および/または成長阻害剤に対するレジオネラ菌の感受性を変える可能性があります |
| アルファ-ケトグルタル酸、モノカリウム塩 | シグマ-アルドリッチ | K2000 | 緩衝炭酵母エキス寒天および緩衝酵母エキス培地を作るため |
| ビン酸ナトリウム | Sigma-Aldrich | P5280 | 緩衝炭酵母抽出物寒天および緩衝酵母抽出培地 |
| リン酸カリウム、二塩基性 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | P288-500 | 緩衝炭酵母抽出物寒天および緩衝酵母抽出培地 |
| L-システイン | C-7755 | 緩衝炭酵母抽出物寒天および緩衝酵母抽出培地 | |
| の製造用クエン酸アンモニウム鉄(III) | Sigma-Aldrich | F5879 | 緩衝炭酵母抽出物寒天および緩衝酵母抽出培地を作るため; ピロリン酸第二鉄を代わりに使用することができるが、正確に計量することはより困難である |
| 水酸化カリウム溶液、濃縮 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | SP236-500 | 緩衝炭酵母抽出物寒天および緩衝酵母抽出媒体 |
| 脱イオン水 | N/A | N/A | 緩衝炭酵母エキス寒天培地および緩衝酵母エキス培地を作るため |
| チミジン(組織培養グレード) | Sigma-Aldrich | T1895 | RPMI 1640と緩衝酵母抽出物寒天培地の両方を補充するため、後者には低グレードのチミジンを使用できますが、RPMI 1640 RPMI 1640では細胞増殖の障害および/または細胞死を引き起こす可能性があります |
| 標準製剤 | Thermo Fisher Scientific | 10-040-CV | プレーティング前にJ774A.1細胞を増殖させるため、2 mM L-グルタミンを含む |
| RPMI 1640はフェノールレッドを欠 | Thermo Fisher Scientific | 17-105-CV | J774A.1細胞を384ウェルディッシュにプレーティングするため(プレーティング前の成長には適していません);また、L-グルタミンを欠いています。使用前に2 mMにL |
| -グルタミンを補給し、0.85% NaCl (組織培養グレード)で200 mM | モフィッシャーサイエンティフィック | SH30034.02 | L-グルタミンを欠くRPMI 1640を補充するため、 最終濃度 2 mM まで |
| 鉄添加子牛血清 | Gemini Bioproducts | 100-510 | RPMI 1640 を添加するため、最終濃度 9.1% まで |
| トリパンブルー溶液 | Sigma-Aldrich | T8154 | J774A.1 細胞死測定のための染色用細胞密度をカウントしながら |
| SYTOX Green、DMSO | Thermo Fisher Scientific | S7020 | の 5 mM 溶液蛍光読み取りまたは落射蛍光顕微鏡法によるJ774A.1細胞死測定のための染色用(オレンジレッドまたは遠赤色蛍光細菌と併用)。最終濃度125 nMで使用してください。 |
| 細胞培養インキュベーター | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 13-255-26 | J774A.1細胞のインキュベーション用(感染前と感染後の両方)に、細菌のインキュベーションにも使用することも、代わりに標準雰囲気インキュベーターを使用することもできます) |
| オービタルシェーカー | BellCo Glass | 7744-01010 | 感染前のJ774A.1細胞の振とうインキュベーション用、細胞培養インキュベーター内に収まる、シェーカーベース 7744-01000 とトレイ 7740-01010 (これらは別売り) |
| カーフラスコ (250 ml)シェーカーフラスコ (250 ml) | ChemGlass Life Sciences | CLS-2038-04 | 感染前のJ774A.1細胞の振とうインキュベーション用 |
| スコ用シェーカークランプ (250 ml) | BellCo Glass | 7744-16250 | 感染前のJ774A.1細胞の振 |
| シェーカーフラスコ (1,000 ml) | ChemGlass Life Sciences | CLS-2038-07 | 感染前のJ774A.1細胞の振とうインキュベーション用 |
| スコ用シェーカークランプ (1,000 ml) | BellCo Glass | 7744-16100 | 感染前のJ774A.1細胞の振とうインキュベーション用 |
| スコ用スポンジフォームキャップ (250 ml-1,000 ml) | ChemGlass Life Sciences | CLS-1490-038 | 感染前のJ774A.1細胞の振とうインキュベーション用、標準的な金属キャップと比較して汚染のリスクを低減 |
| MultiDrop Combi プログラマブルマルチチャンネル蠕動ポンプ | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 5840300 | J774A.1細胞、培地、および蛍光色素を含む細菌懸濁液を多数の384ウェルディッシュに分注 |
| コンビ標準ボアマニホールド | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 24072670 | デフォルトのプリディスペンス量は20μです。l はセトリング &mdash を補償するには不十分です。80 μに増加します。l |
| ホワイト 384 ウェルディッシュ 組織培養用に処理 | コーニング | 3570 | 発光および蛍光を読み取るため。Greinerカタログ#781080は、 |
| DMSO(組織培養グレード、密封されたアンプル)も正常にテストしましたDMSO(組織培養グレード、密封されたアンプル) | Sigma-Aldrich | D2650 | ポジティブコントロールおよびテスト化合物を溶解するための |
| アジスロマイシン | Sigma-Aldrich | PHR1088 | 抗生物質ポジティブコントロール |
| サポニン(Quillaja樹皮から) | Sigma-Aldrich | S-4521 | Cytoxicityポジティブコントロール |
| マルチチャンネルピペットー | サーモフィッシャーサイエンティフィック | ピペット | 定量のポジティブコントロール化合物の移送用; ピペットは、反復固定容量分注を可能にするために、ディテント付きデジタル分注が必要です |
| エプソンピン転送ロボット | エプソン/ICCB-L | (カスタム機器) | ライブラリアレイから一定量の試験化合物を移送するため |
| D300 デジタル分注システム | ヒューレットパッカード Tecan | D300 | 経由11ピコリットルから10マイクロまでの範囲の試験化合物の可変量の移送用;l |
| D300デジタルディスペンシングシステム用T8+カートリッジ | Hewlett-Packard via Tecan | T8+ | ディスペンシングテスト化合物 |
| コンピュータ接続デジタルカメラ付き落射蛍光顕微鏡 | コン | Ti | 生細胞イメージング用。標準的な蛍光顕微鏡は、位相差またはDIC光学系で、緑(フルオレセイン)、オレンジレッドからレッド(テキサスレッド)、遠赤色(Cy5)の蛍光を100倍オイルでイメージングすることができます最高解像度の対物レンズ |
| ガラス底組織培養皿 | MatTek Corporation | P35G-1.5-20-C | 生細胞イメージング用。MatTekなどのディッシュは、逆脱射蛍光顕微鏡または共焦点顕微鏡を使用して、600倍または1,000倍の倍率で顕微鏡で視覚化できます。 これらの特定の皿は、公称直径3.5cm、内径3.3cmで、底部に直径20mmの#1.5厚さのカバースリップが挿入されています。 |
| Photoshop CS6 | Adobe | Photoshop、または同様のプログラムを使用して、光、顕微鏡、蛍光の画像を疑似カラー化およびマージできます。 | |
| Mathematica 10 | Wolfam | 2次元等高線アイソボログラムと3次元表面アイソボログラムの生成用。 |
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