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化合物介导的细胞毒性检测

        研究化合物介导的细胞毒性是新药发现与开发(例如:抗肿瘤药物的筛选,药物心脏毒性检测)的重要领域。目前常用的分析化合物毒性方法有MTT , WST-1法等,其基本特征为终点测定,只能提供单点数据, 不但操作复杂而且误差较大。

        杭州高通量新药筛选中心采用电子阻抗原理检测细胞的技术,使用xCELLigence 实时细胞分析(RTCA)系统评估化合物介导的细胞毒性。细胞会通过细胞和微电极之间的相互作用产生电信号。当加药以后,化合物作用于细胞导致细胞形态,粘附能力等状态发生综合的变化。这些实时的变化可以通过RTCA系统的监测用电信号的形式反映出来。如果该化合物最终导致细胞死亡,那么信号就会降低至零。

使用RTCA系统评估待检化合物的优点
• 实验全程实现建立细胞质量控制,可帮助确定最佳化合物处理时间点 
• 可计算细胞毒性起效时间和作用效果
• 评估化合物细胞毒性的量效关系及时效关系,计算实时IC50数值
• 提供多种人体肿瘤细胞株, 耐药细胞株以及正常细胞株对待测化合物在48 小时内的反应,获得化合物对不同细胞特异性实时响应图谱
• 可选:与筛选中心的已建数据库已知化合物相比,从而推测可能的化合物细胞毒理机制(如:抑制肿瘤细胞增生)

实例 

图A,动态监测化合物介导的细胞毒性作用的效果和起效情况。不同浓度的蛋白酶体抑制剂MG132加入到已提前在E-plate中接种并生长的肺癌细胞H460细胞中。

图B,实时细胞毒性监测数据的获得使我们可以计算随时间变化的IC50(半数抑制浓度)值。

 

图C,化合物特异性图谱。从xCELLigence系统获得的实时阻抗数据可以得到化合物特异性图谱,这些图谱依赖于化合物的生物学作用机理。在这个例子中,加入不同生物学作用机理和靶点特异性的化合物,可以产生特殊的化合物图谱。针对不具有特异性作用的化合物,这些图谱可以用于以预测的方式设定一些可验证的假设。

应用范围

• 抗肿瘤药物筛选
• 化合物心脏毒性评估

部分可用的细胞株

细胞株 肿瘤类型 应用 阳性对照
A549 人非小细胞肺癌 抗肿瘤药物筛选 紫杉醇
HT29 人结肠癌 抗肿瘤药物筛选 紫杉醇
SKOV3 人卵巢癌 抗肿瘤药物筛选 紫杉醇
MDA-MB231 人乳腺癌 抗肿瘤药物筛选 紫杉醇
Hela 人宫颈癌 抗肿瘤药物筛选 紫杉醇
MCF7 人乳腺癌 抗肿瘤药物筛选 紫杉醇
MCF7adr (阿霉素诱导的多药耐药株) 人乳腺癌 抗肿瘤药物筛选, 化合物对耐药细胞株特异性作用评估 阿霉素
NIH 3T3 小鼠成纤维细胞 抗肿瘤药物筛选, 化合物对正常细胞株特异性作用评估 紫杉醇
HepG2 人肝癌 抗肿瘤药物筛选, 肝脏毒性评估 紫杉醇
Cor AT 小鼠胚胎干细胞分化的心肌细胞 心脏毒性评估 阿霉素


实验参数

细胞株 有50种以上的肿瘤细胞株,5种以上普通细胞株,5种原代细胞株,10种耐药细胞株。
药物浓度梯度 5-8
加药的重复孔数 2-4
阳性对照(孔的数量) 2
阴性对照(孔的数量) 2
实验温度 生理温度,37度
实验的时间设置 48 小时以上
IC50 值 至少在24、36、48小时的时间点
实验步骤和报告
提供电子报告(PDF格式)


可选分析参数

• 毒性起效时间 (当CI 低至20%小时的时间点) 毒性作用效果 (在48 小时的时间点CI值)
• IC10 和 IC90值 (在24,36,48 小时的时间点) 毒性机理推测分析

参考文献
• Boyd JM, Huang L, Xie L, Moe B, Gabos S, Li XF.A cell-microelectronic sensing technique for profiling cytotoxicity of chemicals. Anal Chim Acta. 2008 May 12;615(1):80-7.
• Solly K, Wang X, Xu X, Strulovici B, Zheng W. Application of real-time cell electronic sensing (RT-CES) technology to cell-based assays. Assay Drug Dev Technol. 2004 Aug; 2 (4): 363-72. 
• Abassi YA, Xi B, Zhang W, Ye P, Kirstein SL, Gaylord MR, Feinstein SC, Wang X, Xu X. Kinetic cell-based morphological screening: prediction of mechanism of compound action and off-target effects.Chem Biol. 2009;16(7):712-23