本研究は、原虫 トキゾプラズマ・ゴンディイのタキゾイト段階に対する新しい生物活性分子のスクリーニングを支援するための簡単なプラークアッセイ法を記述することを目的としています。
方法論記事
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本研究は、原虫 トキゾプラズマ・ゴンディイのタキゾイト段階に対する新しい生物活性分子のスクリーニングを支援するための簡単なプラークアッセイ法を記述することを目的としています。
トキソプラズマ症は、眼の病変や新生児奇形によく関連する寄生虫感染症です。1950年代初頭以降、この病気の第一選択治療はスルファジアジン、ピリメタミン、フォリン酸の組み合わせに依存してきました。その間、代替的な治療法はごくわずかしか導入されていません。これは トキソプラズマ・ゴンディイに対する新たな生体活性分子の発見の必要性を浮き彫りにしています。この病原体は必須の細胞内寄生虫であるため、従来の薬物スクリーニングは蛍光タンパク質やβガラクトシダーゼ発現寄生虫を用いたアッセイなど、高価な材料や機器を必要とすることが多いです。さらに、光学顕微鏡の定量化のような手法は時間がかかることがあります。プラークアッセイは、寄生虫の溶解サイクルによって損傷した細胞単層の領域数と破壊面積を測定することで、細胞内病原体増殖の強度を評価する方法です。本研究は、 T. gondiiの細胞内タキゾイトに対して活性分子をvitroでスクリーニングするために設計された最適化されたプラークアッセイプロトコルを記述しています。このプロトコルは安価な材料とシンプルな実験室環境を用い、迅速かつ再現性の高い結果を生み出し、さまざまな研究グループによる新たな有効分子の同定を容易にします。
トキソプラズマ症は世界中に分布が異なる人獣共通感染症であり、世界人口の約3分の1に影響を及ぼしています1,2。この病気の症状は宿主免疫の度合いや寄生虫の複製と関連しています 3,4。急性期はタキゾイト期の複製を特徴とし、免疫能力のある個体では一般的に無症状です5,6。対照的に、免疫抑制状態の患者は、全身の倦怠感、発熱、脳炎、網膜軟膿膜炎などの非特異的症状を含むより頻繁な症状を示します。臨床的に重要であるにもかかわらず、現在利用可能な治療法はトキソプラズマ・ゴンディイ緩動性段階(慢性期)には効果がなく、寄生虫学的根治には至りません。現在の薬に対する有害事象も治療遵守率を低下させます(9,10,11)。したがって、トキソプラズマ症に対して新たで安全かつ効果的な治療法を見つける必要があります。
新薬の開発には長期にわたる投資、数十億ドルの投資、そして複数の研究段階が必要です。薬剤開発コストが高いため、製薬業界は事前に最適な薬剤候補を選定する必要があります。薬物スクリーニングには、サイリコ法、人工知能の利用、そして最も一般的な生物学的手法(16,17,18,19)など、いくつかのアプローチが用いられます。in vitro生物学的スクリーニングは、分子ライブラリー(化学ライブラリー)を用いて生物学的活性の同定に利用可能にするものです。これらの化学ライブラリーは多様な分子を含むため、資源と時間の最適化が必要です。したがって、プラークアッセイはT. gondiiのようなさまざまな病原体に対して新しい生体活性分子を迅速にスクリーニングする方法となり得ます。
プラークアッセイは、細胞内病原体の溶解回路を利用して細胞単層内の病原体の濃度を定量化し、時間をかけて壊死性プラークを形成するin vitro法です。プラーク分析技術を用いた最初の研究は20世紀後半に遡り、レナート・ドゥルベッコのチームは西洋馬脳脊髄炎ウイルスに感染した鶏の線維芽細胞の単層細胞を用いて、壊死性プラークの数とウイルス16の濃度の比例性を示しました。この技術のT. gondiiでの使用も、Ufermannらによって以前に明らかにされているように、よく説明されています。
プラークアッセイを用いてT. gondiiが異なる分子濃度に対して抑制反応を観察した最初の研究の一つは、1976年にRobertsらによって行われました。プラークアッセイはウイルスの滴定に広く用いられていますが、この方法は分子21,22,25,26,27の抗T. gondii活性を評価するために用いられている研究グループはごく一部です。高スループットで化合物ライブラリーを検査し、安価な材料と簡単な実験室設備を用いるアッセイを求めて、プラークアッセイは通常の検査の代替手段として検討されました。その結果、単純な材料と画像取得システムを用いて異なる分子の活性を同時に評価できる最適化プロトコルが確立され、迅速かつ再現性の高い結果が得られました。したがって、本研究室で検証された詳細なプロトコルを説明し、他のグループがT. gondiiのタキゾイトに対して新しい生体活性分子をスクリーニングするのを支援することを目的としています。
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寄生虫および細胞培養の操作、廃棄物の処理および送先は、国家衛生監視機関(ANVISA)RDC 第222/2018号の規定に従い、ブラジルの法律に従って実施されました。すべての手順はICB-UFMGの内部バイオセーフティ委員会(CIBio)によって監督されました。本研究は動物、人間、遺伝子組み換え生物の使用を含みません。CNPq、CAPES、FAPEMIGからの助成金がこの研究を支援しました。ESMD(CNPq 308082/2023-0)およびRWAV(CNPq 305574/2021-3)はCNPq生産性フェローです。試薬および使用機器は 材料表に記載されています。
1. 補足されたRPMI-1640培地の調製
注:RPMI-1640培地はもともと、懸濁液および単分子層の両方でヒト白血病細胞の培養用に開発されました。しかし、その後の研究により、さまざまな哺乳類細胞培養に適合していることが示されています。
2. PBSの準備(1回)
注:pH 7.2、25°Cでリン酸塩緩衝生食塩水1Lを製製するには、以下の手順に従ってください。
3. 4%ホルムアルデヒド溶液の製剤
4. 活性分子のストック溶液の調製
注意:分子のDMSO、DMF、エタノール、または水での溶解度を確認し、最適な溶媒を選択してください。寄生虫に対する希釈毒性の影響を最小限に抑えるために、ストック溶液は検査対象化合物の最高濃度の少なくとも1000倍にすべきです。例えば、テストすべき最高濃度が1μMであれば、ストック溶液は少なくとも1mMであるべきです。10 mMのストック溶液を準備するには、以下の手順に従ってください:
5. 細胞培養
6. 培養プレートの準備
7. タキゾイト の体外 培養
注:プラーク検査には、T . gondiiのRH株を推奨します。
8. タキゾイト定量化
9. 化学ライブラリーからの活性分子に対するプラークアッセイ準備
注:このアッセイは、1μM濃度でT . gondii の増殖を50%以上減少させる分子を特定することを目的としています。このアッセイを開始する前に、細胞毒性アッセイ(例:MTS法やMTT法)を実施し、プラークアッセイで使用される化合物濃度が宿主細胞に有害でないことを確認しなければなりません。
10. クリスタルバイオレットによるプレート染色と画像取得
11. 可逆性アッセイ
注:T. gondii タキゾイトを用いた可逆性アッセイの主な目的は、培養培地から化合物を除去した後、処理寄生虫の増殖能力が完全に消失するか減少するかを明らかにすることです。
12. ImageJソフトウェアを用いた画像解析

図1:ImageJソフトウェアでの結果の段階分析。 (A)「楕円形」ツールの選択。(B) 画像内の関心領域の選択。(C) 新しい画像ウィンドウ(Ctrl + N)で推奨設定を表示。(D) 「新しい画像ウィンドウに関心領域を貼り付けた後のしきい値解析」の手順。(E) 閾値ウィンドウで黄と赤の選択肢を選択し、白い部分がすべて赤で塗りつぶされる。(F)「粒子解析」で使用されるステップの順序。(G) 粒子解析に用いられる設定。(H)総破壊面積の割合の結果は要約ウィンドウに表示されます。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。
13. 統計解析 sis
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治療後のプラークアッセイを評価する際には、陽性(タキゾイトに感染し未処理の細胞)と陰性(DMSO0.1%の未感染細胞)の両方が重要です。実験終了時には、陽性コントロールウェルは接着細胞の残留を含む明確な空白空間を示すはずです(図2)。対照的に、ネガティブコントロール井戸は空白のない完全な単層を示すべきです。陰性コントロールは、単分子層の完全性と実験全体を通じて細胞の生存可能性を確認する上で非常に重要です。陽性対照は、検査化合物・薬剤による T. gondii 増殖抑制率の計算基準となります。したがって、正確な評価には、明確なプラークを持つ完全な細胞単分子層の残存物が必要です。コントロールを確認した後、処理済みのウェルを評価してください。
図2は期待される結果を示しています。陰性対照群は良好に保存された単層を示し、陽性対照群は保存された粘着細胞内に明確に定義された空白(プラーク)を示すことが観察できます。いかなる井戸にも誤った取り扱い、細胞に対する...
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抗拡散検査の新しいプロトコルの標準化は、将来の薬剤の特定に関する科学的研究を前進させるための基本的なステップです。ここで提示するプロトコルは、T. gondiiのタキゾイトに対する生体活性分子の活性を評価するための代替アプローチを提供します。T. gondiiは滑空運動で移動する強制的な細胞内寄生虫であるため、溶けた細胞から寄生虫が出ると、感染した細胞の近くにある細胞に侵入します。したがって、寄生虫が増殖するにつれて、明確な破壊領域(図2)が生じ、その大きさは逃げ出した寄生虫の数や侵入細胞の数に比例し、T. gondiiの増殖を測定することが可能になります。
プラークアッセイは、複数の分子を異なる濃度で検査することを可能にします。顕微鏡的定量分析に必要な類似の実験室構造を持ちつつ、より高いスループットを実現します21,30
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著者たちは利益相反がないと宣言しています。
著者たちはまた、国営漁業計画委員会(CNPq)、ミナスジェライス漁業資源財団(FAPEMIG)、CAPES/PROEXからの資金提供にも感謝しています。著者らは、本研究を支援してくださったミナスジェライス連邦大学のプロ・レイトリア・デ・ペスキサに感謝申し上げます。ESMD(CNPq 308082/2023-0)およびRWAV(CNPq 305574/2021-3)はCNPq生産性フェローです。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.05% トリプシン-EDTA | ライフ・テクノロジーズ | 25300-062 | |
| 10 mL 血清学ピペット | オーレン | K17-110 | |
| 15mLファルコンチューブ遠心分離機 | ファネム | モデル:206 | |
| 5 mL 血清学ピペット | オーレン | K17-115 | |
| 6ウェル培養プレート | サーステット | 833920 | |
| 分析的均衡 | トレドのメットラー | モデル:AB204 シリアル番号:1116473813 | |
| 抗生物質・抗菌薬(100倍) | ライフ・テクノロジーズ | 15240-062 | |
| 自動ピペット | カスヴィ | K1エイド | |
| 遠心分離機 | エッペンドルフ | モデル5415 R シリアル番号:0023591 | |
| CO2インキュベーター | PHCコーポレーション | モデル番号:MCO-230AICUVL-PA シリアル番号:210360090 | |
| 培養ボトル 25 cm2 | サーステット | 833910 | |
| ジメチルスルホキシド(DMSO)P.A. | メルク | 1,02,95,21,000 | |
| エタノールP.A | メルク | 1,00,98,31,000 | |
| 胎児用牛血清(FBS) | ライフ・テクノロジーズ | 12657-029 | |
| ホルムアルデヒド 37-38% | パンレアック | 131328 | |
| GraphPadプリズム | GraphPadソフトウェア | - | バージョン 8.0.1 |
| ImageJ ソフトウェア | - | - | バージョン 1.52e |
| 画像記録システム | バイオ・ラッド | モデル: ケミドック MPイメージングシステム シリアル番号:734BR2249 | |
| 層流フード | ベコ・ド・ブラジル | モデル:VLFS-09 | |
| L-グルタミン 200 mM(100X) | ライフ・テクノロジーズ | 25030-081 | |
| マイクロチューブ 0.5 mL | サーステット | 72,699 | |
| 新生児正常ヒト皮膚線維芽細胞(NHDF) | ロンザ | CC-3132 | ブラジル、フィオクルス・パランアキュートのシーラ・ナルデッリ博士より寛大に提供されました |
| ノイバウアーチャンバー 0.100 mm 0.0025 mm2 | 新しい光学系 | 7301-1 | |
| pHメーター | ミクロン | モデル:B374 シリアル番号:30/37 | |
| ピペット20-200およびマイクロ;L | Kasvi basic | 22032893 | |
| ピペット2-20およびマイクロ;L | ラボメイト・プロ | 656630226 | |
| ピペット 0.2-2 & micro;L | ラボメイト・プロ | 556610114 | |
| ピペット 1000-5,000 & マイクロ;L | ユニサイエンス | YM4A021482 | |
| ピペット 100-1000 & マイクロ;L | エッペンドルフ・リサーチ・プラス | Q34354C | |
| リン酸カリウム単塩基性化合物 (KH2PO4)P.A | シンセ | 01F2002.01.AF | |
| RPMI-1640 ミディアム | シグマ・オルドリッチ | R0883 | |
| 塩化ナトリウム(NaCl)P.A. | クロモリン・クイアキュート;ミカ・フィナ | - | |
| リン酸ナトリウム二塩基(Na2HPO4) P.A. | CRQ Produtos Quimicos Eireli | R2715920500 | |
| ヒント1.000 &マイクロ;L | サーステット | 7,01,186 | |
| ヒント10とマイクロ;L | サーステット | 7,03,010 | |
| ヒント:5,000 & micro;L | サーステット | 70,11,83,001 | |
| ヒント 200 & マイクロ;L | サーステット | 7,03,030 | |
| トランスファーピペット (3.5 mL) | サーステット | 86,11,71,001 | |
| チューブ 15 mL | サーステット | 6,25,54,502 | |
| バイオレットクリスタル | メルク | 101408 | |
| ボルテックスミキサー | フェニックス | モデル:AP56 シリアル番号:6633 | |
| ウォーターバス | ブラジルのヘモキミカ | モデル:HM1003 シリアル番号:700001556 |
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