Często konieczne jest oszacowanie potencjalnej cytotoksyczności zestawu związków na hodowanych komórkach. W tym miejscu opisujemy strategię niezawodnego badania przesiewowego pod kątem toksycznych związków w formacie 96-dołkowym.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Często konieczne jest oszacowanie potencjalnej cytotoksyczności zestawu związków na hodowanych komórkach. W tym miejscu opisujemy strategię niezawodnego badania przesiewowego pod kątem toksycznych związków w formacie 96-dołkowym.
Cytotoksyczność to krytyczny parametr, który musi być określony ilościowo podczas badania leków, które mogą mieć korzyści terapeutyczne. Z tego powodu wiele testów przesiewowych leków wykorzystuje cytotoksyczność jako jedną z krytycznych cech, które należy profilować dla poszczególnych związków. Komórki w hodowli są użytecznym modelem do oceny cytotoksyczności przed przystąpieniem do obserwacji obiecujących związków ołowiu w bardziej kosztownych i pracochłonnych modelach zwierzęcych. Opisujemy strategię identyfikacji związków, które wpływają na wzrost komórek w linii tdTomato z ekspresją ludzkich nerwowych komórek macierzystych (NSC). Strategia wykorzystuje dwa uzupełniające się testy do oceny liczby komórek. Jeden test działa poprzez redukcję bromku 3-(4,5-dimetylotizolo-2-ylo)-2,5-difenylotetrazolu (MTT) do formazanu jako wskaźnika zastępczego liczby komórek, a drugi bezpośrednio zlicza tdPomidor wyrażający NSC. Te dwa testy można wykonać jednocześnie w jednym eksperymencie i nie są pracochłonne, szybkie i niedrogie. W ramach strategii opisanej w tej demonstracji przetestowano 57 związków w eksploracyjnym pierwotnym badaniu przesiewowym pod kątem toksyczności na 96-dołkowej płytce. Trzy z trafień zostały dodatkowo scharakteryzowane w sześciopunktowej odpowiedzi na dawkę przy użyciu tej samej konfiguracji testu, co w pierwotnym badaniu przesiewowym. Oprócz zapewnienia doskonałego potwierdzenia toksyczności, porównanie wyników z tych dwóch testów może być skuteczne w identyfikacji związków wpływających na inne aspekty wzrostu komórek.
Jedną z najważniejszych cech, które należy określić dla związku chemicznego o potencjale terapeutycznym, jest jego toksyczność dla komórek zwierzęcych. Ta cecha określi, czy lek jest dobrym kandydatem do bardziej obszernych badań. W większości przypadków poszukuje się związków o minimalnej toksyczności, ale zdarzają się sytuacje, w których interesujący jest związek mający zdolność do zabijania określonych typów komórek, np. leki przeciwnowotworowe. Chociaż całe zwierzęta są najlepszymi systemami modelowymi do określania toksyczności ogólnoustrojowej, związane z tym koszty i praca są zaporowe, gdy trzeba przetestować więcej niż kilka związków. W związku z tym hodowla komórek ssaków jest zwykle stosowana jako najbardziej efektywna alternatywa1,2. Badania przesiewowe leków o małej i średniej przepustowości są ważną metodą, za pomocą której można ocenić toksyczność w hodowli komórkowej. Ekrany te mogą być używane do przeszukiwania bibliotek z adnotacjami ukierunkowanych na poszczególne ścieżki sygnałowe. Ogólny format takiego badania przesiewowego polega na wstępnym przetestowaniu wszystkich związków w bibliotece przy pojedynczej dawce (zwykle 10 μM) w eksploracyjnym badaniu przesiewowym toksyczności pierwotnej, a następnie przeprowadzeniu dogłębnego badania przesiewowego odpowiedzi na dawkę wtórną, aby w pełni scharakteryzować profil toksyczności trafień z pierwotnego badania. Metody wdrażania tej strategii zostaną opisane tutaj i zapewnią szybki, skuteczny i niedrogi sposób identyfikacji i charakterystyki związków toksycznych.
Opracowano wiele metod oceny cytotoksyczności małych związków i nanomateriałów w komórkach ssaków3,4. Należy zauważyć, że niektóre materiały mogą wchodzić w interakcje z testem, dostarczając mylących wyników, a takie interakcje powinny być testowane podczas charakteryzowania trafień z ekranów toksyczności4. Testy cytotoksyczności obejmują wykluczenie błękitu trypanowego5, test uwalniania dehydrogenazy mleczanowej (LDH)6, test niebieskiego Alamar7, ester acetoksymetylowy kalcienu (AM)8, oraz test ATP9. Wszystkie te testy mierzą różne aspekty metabolizmu komórkowego, które mogą służyć jako wskaźnik zastępczy dla liczby komórek. Chociaż wszystkie oferują korzyści, testy na bazie soli tetrazoliowych, takie jak bromek 3-(4,5-dimetylotizol-2-ylo)-2,5-difenylotetrazolium (MTT), 2,3-bis(2-metoksy-4-nitro-5-sulfofeny)-2H-tetrazolium-5-karboksyjanilid sole wewnętrznej (XTT)-1 i 4-(3-[4-jodofenylo]-2-[4-nitrofenylo]-2H-5-tetrazolio)-1,3-disulfonian benzenu (WST-1)10,11 zapewniają dobrą dokładność i łatwość użycia przy niskich kosztach. MTT, który zostanie wykorzystany w tej demonstracji, jest redukowany do nierozpuszczalnego formazanu przez reduktazę mitochondrialną, a szybkość tej konwersji jest silnie skorelowana z liczbą komórek. Test ten jest rutynowo stosowany zarówno na małą skalę, jak i do bibliotek przesiewowych zawierających do 2,000 związków12. Bezpośrednie liczenie komórek za pomocą znakowanego markera oferuje inną metodę oceny liczby komórek i w przeciwieństwie do testu MTT może dostarczyć dodatkowych informacji na temat dynamiki wzrostu komórek. Dostępnych jest kilka publicznie dostępnych algorytmów do wykonywania automatycznych analiz zliczania komórek, a także zastrzeżone algorytmy, które są częścią pakietów oprogramowania do czytników obrazowania13,14. W tym opisie metody, linia ludzkich nerwowych komórek macierzystych (NSC), która została genetycznie zmodyfikowana w celu konstytutywnej ekspresji tdTomato15, posłuży jako linia testowa do porównania wyników żywotności komórek między testem MTT a testem automatycznego zliczania komórek w badaniu przesiewowym oceniającym toksyczność 57 badanych związków. Chociaż głównym celem tej strategii była identyfikacja i scharakteryzowanie związków toksycznych, ma ona dodatkową zaletę w postaci potencjalnej identyfikacji związków hamujących i stymulujących wzrost, a tym samym zapewnia skuteczną metodę identyfikacji leków, które mogą modulować wzrost komórek.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Kultura NSC
UWAGA: Manipulacja ludzką linią NSC zostanie opisana poniżej, ale dowolna linia komórkowa może być użyta do tego protokołu. Wszystkie prace związane z hodowlą komórkową wykonywane są w komorze bezpieczeństwa biologicznego.
2. Leczenie komórek związkami
UWAGA: Domowa biblioteka testowana w tej demonstracji zawiera związki, które modulują szlaki sygnałowe bezskrzydłe/zintegrowane (Wnt), kwas retinowy, transformujący czynnik wzrostu-beta (TGF-β) i soniczny jeż, a także różne kinazy tyrozynowe.
3. Obrazowanie komórek na czytniku płytek
4. Test cytotoksyczności terminalnej MTT
UWAGA: Rozpocznij test MTT w ciągu dwóch godzin od zakończenia obrazowania tdTomato.
5. Analiza danych
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Automatyczne dane dotyczące zliczania komórek zidentyfikowały jedenaście związków o żywotności mniejszej niż 25% po znormalizowaniu do kontroli DMSO, podczas gdy dane MTT zidentyfikowały te same związki plus dwa dodatkowe (Tabela 1 i Tabela 2, zacieniowane na czerwono). Dwa związki, które okazały się toksyczne tylko w teście MTT (studzienki F3 i G10) miały odpowiednio 31% i 39%, liczba komórek tdPomidorowo-dodatnich jako kontrola i w kolejności rangi były kolejnymi dwoma najbardziej toks...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Głównym celem tego artykułu było opisanie strategii, która mogłaby skutecznie i niedrogo zidentyfikować związki wpływające na wzrost komórek w badaniach przesiewowych o niskiej lub umiarkowanej przepustowości. Do oceny liczby komórek wykorzystano dwie techniki ortogonalne, aby zwiększyć zaufanie do wniosków i zaoferować dodatkowe informacje, które nie byłyby dostępne, gdyby zastosowano tylko jeden test. W jednym z testów wykorzystano fluorescencyjny obrazownik komórek do bezpośredniego zliczania komórek tdTomato-dodatnic...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca była wspierana przez NINDS Intramural Research Program.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| B-27 (50X) | ThermoFisher Scientific 17504001 | Składnik pożywki dla nerwowych komórek macierzystych. | |
| Piper laboratoryjny | Sorenson Bioscience | 73990 | Umożliwia pipetowanie biblioteki związków chemicznych do płytki 96-dołkowej za jednym razem. |
| BioLite 96-dołkowa wielotalerzowa | Thermo Scientific | 130188 | Każda 96-dołkowa płytka do hodowli komórkowej będzie działać. Wykorzystujemy je w naszej pracy. |
| Mikroskop do hodowli komórkowych | Nikon | Eclipse TS100 | Oględziny komórek w celu zapewnienia odpowiedniej gęstości. |
| Cytat 5/ Czytnik obrazowania | BioTek | CYT3MFV | Służy do obrazowania komórek i odczytów absorbancji. |
| DMSO | Fisher Scientific | 610420010 | Rozpuszczalnik do związków stosowanych w sitach. Rozpuszcza osady MTT, aby ułatwić pomiary absorbancji. |
| FGF-basic | Peprotech | 100-18B | Składnik z neuronalnymi komórkami macierzystymi. |
| GelTrex | ThermoFisher Scientific | A1413202 | Macierz błony podstawnej nerwowych komórek macierzystych. Umożliwia komórkom przyczepianie się do płytek do hodowli komórkowych. |
| Gen5 3.04 | Oprogramowanie BioTek | Analysis do określania liczby komórek wykazujących ekspresję tdTomato. | |
| Glutamina | ThermoFisher Scientific | 25030081 | Składnik pożywki dla nerwowych komórek macierzystych. |
| Microtest U-Bottom | Becton Dickinson | 3077 | Przechowywanie bibliotek złożonych. |
| MTT | ThermoFisher Scientific | M6494 | Aktywny odczynnik testowy do określania żywotności komórek. |
| Pipeta wielokanałowa | Rainin | E8-1200 | Dodawanie kolumna po kolumnie pożywki do hodowli komórkowych, MTT lub DMSO. |
| Pożywka neuropodstawowa | ThermoFisher Scientific | 21103049 | Pożywka na bazie nerwowych komórek macierzystych. |
| Kostka filtra RFP | BioTek | 1225103 | Filter w Cytation 5 służy do obrazowania komórek eksprymujących tdTomato. |
| TrypLE | ThermoFisher Scientific | 12605036 | Odczynnik do dysocjacji komórek. |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.