ゼブラフィッシュ中の金属および金属ベースの化合物の薬物療法および毒物動態分析の増加率は、環境および臨床翻訳研究に有利であり得る。未知の水媒介曝露取り込みの限界は、誘導結合プラズマ質量分析法を用いて消化されたゼブラフィッシュ組織に対して微量金属分析を行うことによって克服された。
方法論記事
ゼブラフィッシュ中の金属および金属ベースの化合物の薬物療法および毒物動態分析の増加率は、環境および臨床翻訳研究に有利であり得る。未知の水媒介曝露取り込みの限界は、誘導結合プラズマ質量分析法を用いて消化されたゼブラフィッシュ組織に対して微量金属分析を行うことによって克服された。
金属および金属ベースの化合物は、多種多様な薬物活性および毒物学的生体異物を含む。重金属毒性から化学療法薬まで、これらの化合物の毒性運動薬は歴史的および現代的関連性の両方を有する。ゼブラフィッシュは、環境曝露および臨床翻訳研究における薬物および毒物動態の解明において魅力的なモデル生物となっている。ゼブラフィッシュの研究はげっ歯類モデルよりもスループットが高いという利点がありますが、モデルにはいくつかの重要な制約があります。
そのような制限の1つは、水媒介性投薬レジメンに内在するものである。これらの研究からの水分濃度は、信頼できる内部投与量を提供するために外挿することはできません。金属ベースの化合物の直接測定は、化合物関連の分子および生物学的応答とのより良い相関を可能にする。金属および金属ベースの化合物に対するこの制限を克服するために、曝露後にゼブラフィッシュの幼虫組織を消化し、誘導結合プラズマ質量分析(ICPMS)によって組織サンプル中の金属濃度を定量する技術が開発された。
ICPMS法を用いて、ゼブラフィッシュ組織におけるいくつかの新規Ru系化学療法薬由来のシスプラチンおよびルテニウム(Ru)由来の白金(Pt)の金属濃度を決定した。さらに、このプロトコルは、ゼブラフィッシュ組織と比較して、幼虫の絨毛膜中に隔離されたPtの濃度を区別した。これらの結果は、この方法が幼虫組織中に存在する金属線量を定量するために適用され得ることを示す。さらに、この方法は、広範囲の曝露および投薬研究において特定の金属または金属ベースの化合物を同定するように調整され得る。
金属および金属ベースの化合物は、薬理学的および毒物学的関連性を有し続けている。重金属曝露の有病率と健康への影響は、1960年代以来科学的調査を指数関数的に増加させ、2021年には過去最高に達しました。飲料水、大気汚染、職業ばく露中の重金属の濃度は、世界中の規制限界を超えており、ヒ素、カドミウム、水銀、クロム、鉛、その他の金属の問題として残っています。環境曝露を定量化し、病理学的発達を分析するための新規な方法は、引き続き高い需要がある1,2,3。
逆に、医療分野では、様々な金属の生理化学的性質を臨床治療に活用してきました。金属ベースの薬物または金属製剤は、薬用目的の豊富な歴史を有し、様々な疾患に対する活性を示しており、化学療法薬4として最高の成功を収めている。メタロドラッグの中で最も有名なシスプラチンは、世界保健機関(WHO)が世界の必須薬の1つと見なしているPtベースの抗がん剤です5。2010年、シスプラチンおよびそのPt誘導体は、いくつかの癌において最大90%の成功率を有し、化学療法レジメンの約50%で使用された6、7、8。Ptベースの化学療法薬は反論の余地のない成功を収めてきましたが、用量制限の毒性は、洗練された生物学的送達と活性を有する代替金属ベースの薬物の研究を開始しました。これらの代替物のうち、Ru系化合物は、最も普及している9、10、11、12となっている。
金属薬理学的およびトキシコキネティック研究の必要性の速度に追いつくためには、新しいモデルと方法論が必要です。ゼブラフィッシュモデルは複雑さとスループットの交差点にあり、70%の遺伝子相同性を保持した繁殖力の高い脊椎動物である13。このモデルは薬理学および毒物学における資産であり、リード発見、標的同定、および機構的活性のための様々な化合物の広範なスクリーニング14,15,16,17を有する。しかし、化学物質のハイスループットスクリーニングは、通常、水媒介性曝露に依存しています。取り込みが溶液中の化合物の物理化学的特性(すなわち、光分解、溶解性)に基づいて可変であり得ることを考えると、これは用量送達および応答を相関させる大きな制限となり得る。
より高い脊椎動物との用量の比較のためのこの制限を克服するために、ゼブラフィッシュ幼虫組織中の微量金属濃度を分析する方法論が設計された。ここで、致死的および致死的エンドポイントの用量反応曲線を、シスプラチンおよび新規Ruベースの抗癌化合物について評価した。致死性および孵化遅延は、公称濃度0、3.75、7.5、15、30、および60mg/Lシスプラチンについて評価した。生物組織におけるPt蓄積はICPMS分析によって決定され、各用量の生物摂取量は生物当たり0.05、8.7、23.5、59.9、193.2、および461.9ng(Pt)であった。さらに、ゼブラフィッシュの幼虫は0、3.1、6.2、9.2、12.4 mg/LのPMC79に曝露された。これらの濃度は、0、0.17、0.44、0.66、および0.76 mg/LのRuを含むと分析的に決定された。このプロトコルはまた、ゼブラフィッシュ組織と比較して、幼虫の絨毛膜中に隔離されたPtの濃度の区別を可能にした。この方法論は、十分に確立された化学療法と新規化合物との間の薬物および毒物動態活性の比較のための信頼できる堅牢なデータを提供することができた。この方法は、幅広い金属および金属系化合物に適用することができる。
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AB株ゼブラフィッシュ(Danio rerio)はすべての実験に使用され( 材料表を参照)、畜産プロトコル(#08-025)はラトガース大学動物ケア施設委員会によって承認されました。
1. ゼブラフィッシュの飼育
2. ゼブラフィッシュ線量反応プロトコール(図1)
3. 組織消化とICPMS評価(図2)
| ワット | 力 | 議事録 |
| 300 | 50% | 5 |
| 300 | 75% | 5 |
| 300 | 0% | 5 |
| 300 | 75% | 5 |
表1:幼虫組織塊のためのマイクロ波消化プロトコル。 ゼブラフィッシュ幼虫サンプルを0.25mLの硝酸中で消化した。この表は 24 から変更されました。
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これらの結果は、以前に公表されている24。組織取り込み研究は、シスプラチンおよび新規Ruベースの抗癌化合物PMC79の水媒介性曝露を用いて実施された。致死性および孵化遅延は、シスプラチン0、3.75、7.5、15、30、および60mg/Lシスプラチンの公称濃度について評価された。生物組織におけるPt蓄積はICPMS分析によって決定され、生物組織は生物1匹当たり0.05、8.7、23.5、59.9、193.2、および461.9ng(Pt)のそれぞれの用量を含んでい た(図3)。シスプラチンの公称濃度の分析的決定は、シスプラチンの既知の安定性を考えると、評価されなかった。
孵化の遅延は、全てのシスプラチン濃度で観察された。追加の実験を、手動脱絨毛の有無にかかわらずPt濃度について実施した。脱絨毛後、絨毛膜を回収し、Ptについて別々に分析した。非致死量のシスプラチンを絨毛除去試験に用いたところ、送達されたシスプラチ...
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ここで説明するプロトコールは、PtまたはRuのいずれかを含む金属ベースの抗癌剤の送達および取り込みを決定するために実施されている。これらの方法はすでに公開されていますが、このプロトコルでは、この方法論をさまざまな化合物に適応させるための重要な考慮事項と詳細について説明します。OECDのプロトコルと組織消化およびICPMS分析を組み合わせることで、PMC79がシスプラチンよりも強力であり、異種の組織蓄積をもたらし、別々のメカニズムを示唆することができました。さらに、送達されたシスプラチンの用量が定量化されたので、用量反応の結果は患者集団に外挿された。致死量以下(例えば、LOAEL)は、患者24における静脈内投与濃度に匹敵した。
この方法は、幅広いスペクトルの金属および金属ベースの化合物に適用され得るが、分析物の物理化学的特性の慎重な調査を考慮に入れなければならない。金属ベースの化合物は溶解が非常に困難な場合があり、これを避けるために様々なビヒクルを使用することができる。DMSOなどのビヒクル濃度は、OECDプロトコルで推奨されている濃度...
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著者のいずれかによって開示される利益相反はありません。
資金提供: NJAES-Rutgers NJ01201, NIEHS Training Grant T32-ES 007148, NIH-NIEHS P30 ES005022.さらに、Brittany Karasは、NIHのNINDSからのトレーニング助成金T32NS115700によってサポートされています。著者らは、Andreia ValenteとPortuguese Foundation for Science and Technology(Fundação para a Ciência e Tecnologia, FCT;PTDC/QUI-QIN/28662/2017)をPMC79の供給に充てる。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| AB株ゼブラフィッシュ(Danio reri) | ゼブラフィッシュ国際リソースセンター | 野生型AB | 野生型ABゼブラフィッシュ |
| ACSグレード硝酸 | VWR BDHケミカルズ | BDH3130-2.5LP | 硝酸(68-70%);10%HNO3酸浴溶液を浸す/プレセラン遠心分離管 |
| Aquatox魚のダイエット(フレーク) | Zeigler Bros、 株式 会社。 | Aquatox Fish DietとTetraMinトロピカルフレークの1:4の比率で混合され | |
| 、飼料Artemiaシスト、ブラインシュリンプ | PentairAES | BS90 | ブラインシュリンプの卵が15オンスで販売され、真空パック缶として孵化し、 |
| テレダインCETAC | のフィードASX-510オートサンプラー | conifgurable XYZの動き、流れるすすぎの場所および0.3 mmの内部寸法の調査が付いている自動サンプラー。プログラム可能なバッチ分析用のNu AttoLabソフトウェアと互換性があります。 | |
| 遠心分離 | Thermo Scientific | CL 2 | Thermo Scientific CL 2 コンパクト卓上遠心分離機、最大5200 rpmの可変速度範囲、サンプルと酸凝縮液を遠心分離チューブの底に運ぶために使用、マイクロ波分解間隔を100回超強力に維持、サンプル保持を支援 |
| 遠心分離チューブ | VWR | 21008-105 | フラットキャップ付き超高性能ポリプロピレン遠心分離チューブ、15 mL容量、円錐形の底 |
| クラスA 透明ガラスねじ式バイアル | フィッシャーブランド | 03-339-25B | 暴露封じ込め用個々のガラスバイアル |
| ジメチルスルホキシ | ドミリポア シグマ | D8418 | 疎水性化合物の溶剤または車両 |
| 固定速度ボルテックスミキサー | VWR | 10153-834 | ボルテックスミキサー; 酸分解および希釈後のサンプルの均質化に使用 |
| 高純度 過酸化水素 | Merk KGaA, EDMMillipore | 1.07298.0250 | Suprapur 過酸化水素 (30%); サンプル分解に使用 |
| 高純度硝酸 | 放電加工 Millipore | NX0408-2 | Omni Trace Ultra Nitric Acid (69%); サンプル分解に使用 |
| Instant Ocean Sea Salt | Spectrum Brands, Inc. | インスタントオーシャン®海塩 | 卵水溶液には、最終濃度が60μのインスタンド海塩が含まれています。g/ml |
| Mars X マイクロ波分解システム | CEM、マシューズ、ノースカロライナ | 均一な条件下でサンプルを分解し、均質化するために使用されるマイクロ波酸分解システム。この方法論では、オープンベッセル消化法は、低電力(300 W)の使い捨てポリプロピレン遠心分離チューブを使用して完了しました。 | |
| Multi-element Solution 3 | SPEX CertiPREP | CLMS-3 | 10 mg/L Au, Hf, Ir, Pd, Pt, Fu, Sb, Sr, Te, Sn を含有 10% HCl/1% HNO3; PtおよびRu分析の品質管理標準として使用 |
| Nu Instruments AttoM 高分解能誘導結合プラズマ質量分析計 (HR-ICP-MS)Nu | Instruments/Amatek | ダブルフォーカス磁気セクター誘導結合プラズマ質量分析計、柔軟な低分解能から高分解能までスリットシステム、およびダイナミックレンジ検出器システム。データの処理と定量化は、NuQuantコンパニオンソフトウェアを使用して行われます。 | |
| プラチナ(Pt)標準液、NIST 3140 | 米国国立標準技術研究所 | 3140 | 10% HCl中に9.996 mg/g Ptを含むアンプルから調製、Pt分析の品質管理標準 |
| 液として使用 プラチナ(Pt)標準液、単一元素 | 高純度標準 | 100040-2 | に1000 mg/L Ptを含有 |
| 、単一元素 | 高純度標準 | 100046-2 | に 1000 mg/L Ru が含まれています |
| Tetra | 77101 | フレーク食品は、TetraMin トロピカルフレークにアクアトックスフィッシュダイエットの 1:4 の比率で混合され、飼料 | |
| として使用されます 微量金属グレード硝酸 | VWR BDH 化学薬品 | 87003-261 | Aristar Plus 硝酸 (67-70%); ASX-510 オートサンプラー |
| 超音波ウォーターバス | VWR | B2500A-DTH | のリンス溶液に使用マイクロ波分解の前に酸分解を助けるために使用される超音波ウォーターバス |
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