Elektryczne wykrywanie podłoża komórkowego do oceny profili toksykologicznych struktury metaloorganicznej w czasie rzeczywistym
26 maja 2023
Poniższe badanie ocenia profil toksykologiczny wybranego szkieletu metaloorganicznego za pomocą wykrywania impedancji ogniwa elektrycznego i substratu (ECIS), techniki badań przesiewowych w czasie rzeczywistym o wysokiej przepustowości.
Moje badania mają na celu ocenę zmian w zachowaniu ludzkich komórek nabłonka płuc po ekspozycji na metaloorganiczny szkielet, hybrydy powstałe w wyniku łączenia jonów metali w organicznych łącznikach w rozpuszczalnikach organicznych. Badania te wykazały, że skład fizyczny i chemiczny struktur metaloorganicznych, a także ich współczynniki ekspozycji komórkowej, wpływają na zachowanie ludzkich komórek nabłonka płuc w sposób zależny od czasu i dawki. Można to rejestrować z dużą przepustowością w czasie rzeczywistym.
Nasze badania pomagają ocenić, zrozumieć mechanizmy toksyczności struktur metaloorganicznych po ekspozycji na układy komórkowe. Obecna metoda pozwala na ciągłe monitorowanie komórek w czasie rzeczywistym i w sposób wysokoprzepustowy. Dodatkowo metoda ta nie opiera się na żadnych zewnętrznych odczynnikach, a tym samym zmniejsza wszelkie możliwe zakłócenia, jakie mogłyby one mieć z ramami używanymi do naświetlania.
Nasze laboratorium będzie nadal koncentrować się na zrozumieniu i ocenie mechanizmów toksyczności związanych z narażeniem na nanomateriały, a także na wykorzystaniu takich informacji do syntezy nowych i bezpiecznych systemów, które mogłyby zostać wdrożone w zastosowaniach biomedycznych przy minimalnym ryzyku dla użytkownika lub środowiska.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie ocenia profil toksykologiczny szkieletów metalo-organicznych z wykorzystaniem elektrycznej pomiaru impedancji komórka-podłoże (ECIS). Badania koncentrują się na zachowaniu ludzkich komórek nabłonka płuc po ekspozycji na te szkielety.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Toksykologia
- Biologia komórki
- Inżynieria materiałowa
Wstęp
- Szkielety metalo-organiczne są hybrydami powstałymi z połączenia jonów metali z łącznikami organicznymi.
- Zrozumienie ich toksyczności jest kluczowe dla ich zastosowania w dziedzinach biomedycznych.
- Monitorowanie odpowiedzi komórkowych w czasie rzeczywistym może dostarczyć wiedzy na temat ich działania.
- W badaniu zastosowano technikę wysokoprzepustowego przesiewania w celu zwiększenia wydajności.
Cel badania
- Ocena wpływu metalo-organicznych szkieletów na ludzkie komórki nabłonka płuc.
- Zrozumienie mechanizmów toksyczności związanych z tymi materiałami.
- Ocena wpływu składu fizycznego i chemicznego na zachowanie komórek.
Zastosowane metody
- Elektryczna pomiar impedancji między komórkami a podłożem (ECIS) do monitorowania w czasie rzeczywistym.
- Przesiewanie wysokoprzepustowe w celu oceny odpowiedzi komórkowych.
- Oceny ekspozycji zależne od czasu i dawki.
- Ciągłe monitorowanie komórek bez użycia zewnętrznych odczynników.
Główne wyniki
- Obserwowano zmiany w zachowaniu komórek w odpowiedzi na metal-organiczne struktury sieciowe.
- Właściwości fizykochemiczne struktur sieciowych wpływały na toksyczność.
- Gromadzenie danych w czasie rzeczywistym pozwoliło na uzyskanie wglądu w efekty zależne od dawki.
- Zastosowana metoda ograniczyła potencjalne zakłócenia ze strony odczynników zewnętrznych.
Wnioski
- Badanie pomyślnie zademonstrowało ocenę toksykologiczną szkieletów metalo-organicznych.
- Monitorowanie w czasie rzeczywistym jest skuteczne w ocenie odpowiedzi komórkowych.
- Zrozumienie tych oddziaływań jest kluczowe dla bezpiecznego zastosowania tych materiałów w systemach biologicznych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Pomiar impedancji między komórką a podłożem w czasie rzeczywistym (ECIS) umożliwia wysokoprzepustową, ilościową ocenę profili toksykologicznych szkieletów metalo-organicznych (MOF) w ludzkich komórkach nabłonka płuc. Podejście to zapewnia wiarygodność prognostyczną w ocenie bezpieczeństwa na wczesnym etapie dla nowych nanomateriałów przeznaczonych do zastosowań biomedycznych. Integracja danych o odpowiedzi komórkowej w czasie rzeczywistym wspiera decyzje portfelowe skorygowane o ryzyko i dostarcza informacji dla strategii bezpiecznego projektowania (safe-by-design) zaawansowanych materiałów.
Zastosowania strategiczne w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia mechanistyczną analizę efektów komórkowych indukowanych przez MOF w układach istotnych dla organizmu człowieka.
- Wspiera biologiczne ograniczanie ryzyka poprzez ujawnianie sygnatur toksyczności zależnych od dawki i czasu.
- Ułatwia funkcjonalną walidację celów w zakresie bezpieczeństwa materiałów przed dalszymi etapami rozwoju.
Przesiewanie i opracowanie testu
- Zapewnia wolną od odczynników platformę w czasie rzeczywistym do standaryzowanego screeningu cytotoksyczności.
- Dostarcza powtarzalne, ilościowe wyniki impedancji dla solidnego rozwoju testów.
- Umożliwia wysokoprzepustową ocenę różnorodnych struktur chemicznych MOF oraz warunków ekspozycji.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Zgodność odpowiedzi komórkowych in vitro z translacyjnymi punktami końcowymi bezpieczeństwa dla kandydatów na nanomateriały.
- Zapewnienie ciągłości od przesiewu w fazie odkrywania do przedklinicznej oceny toksykologicznej.
- Ograniczenie ryzyka na późnych etapach poprzez wczesną identyfikację szkodliwych efektów w procesie badawczym.
Integracja potoku i przepływu pracy
Profilowanie toksykologiczne oparte na metodzie ECIS sytuuje się na styku wczesnej fazy odkrywania i przedklinicznej oceny bezpieczeństwa, umożliwiając szybką selekcję kandydatów z grupy MOF do zastosowań biomedycznych.
- Biologia odkrywcza: Ilościowe określanie odpowiedzi komórkowych w czasie rzeczywistym na ekspozycję na MOF, co pozwala wyjaśnić mechanistyczne ścieżki toksyczności.
- Przesiewanie: Standaryzacja oceny cytotoksyczności dla różnych wariantów i stężeń MOF.
- Analityka: Generowanie ciągłych, ilościowych danych impedancyjnych do analizy porównawczej.
- Badania translacyjne: Przeniesienie wyników in vitro do przedklinicznych wymagań dotyczących bezpieczeństwa terapii opartych na materiałach.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Ustanowienie skalowalnej, bezodczynnikowej platformy, którą można dostosować do oceny bezpieczeństwa innych nanomateriałów.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w zakresie bezpieczeństwa materiałów i zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną.
- Wartość operacyjna: Poprawia standaryzację, odtwarzalność i przepustowość w testach cytotoksyczności.
- Wartość strategiczna: Dostarcza informacji niezbędnych do podejmowania decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) i wspiera efektywne kapitałowo rozwijanie portfolio.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację kandydatów z grupy MOF do dalszego rozwoju z uwzględnieniem analizy ryzyka.
Kwestie związane z wdrożeniem
- Wymaga doświadczenia w analizie komórkowej opartej na impedancji oraz w obchodzeniu się z nanomateriałami.
- Zależne od dostępu do aparatury ECIS oraz kompatybilnej infrastruktury analitycznej.
- Wymaga standaryzacji protokołów ekspozycji i interpretacji danych pomiędzy zespołami.
- Może wymagać adaptacji dla różnych typów komórek lub klas nanomateriałów.
- Potencjalne ograniczenia obejmują wrażliwość na interferencje fizykochemiczne oraz relewantność systemu modelowego.
