Ein besseres Maß für das überleben der Zelle: Neue Tests schnell bewertet die Wirkung von Medikamenten und potenziell toxischen Substanzen auf die Zellen

Ein besseres Maß für das überleben der Zelle: Neue Tests schnell bewertet die Wirkung von Medikamenten und potenziell toxischen Substanzen auf die Zellen

Die Messung der toxischen Wirkung von chemischen verbindungen auf verschiedene Arten von Zellen ist entscheidend für die Entwicklung von Krebs-Medikamenten, die in der Lage sein müssen zu töten Ihre Zielzellen. Analyse das überleben der Zelle ist auch eine wichtige Aufgabe in Bereichen wie Umwelt-Verordnung, um zu testen, industriellen und landwirtschaftlichen Chemikalien für mögliche schädliche Auswirkungen auf die gesunden Zellen.

MIT biologischen Ingenieure haben jetzt entwickelt eine neue Toxizität für die Messung chemischer Effekte auf das überleben der Zellen mit viel mehr Sensibilität, als Sie einige der häufigsten tests verwendet werden heute. Es ist auch viel schneller als der gold-standard-test, der ist nicht weit verbreitet, weil es zwei bis drei Wochen dauert, um Ergebnisse zu erzielen. Der neue test könnte also helfen, Pharmaunternehmen und akademischen Forschern zu identifizieren und zu bewerten, neue Medikamente schneller.

„Zytotoxizität-assays sind eine der am häufigsten verwendeten assays im life sciences“, sagt Bevin Engelward, professor of biological engineering am MIT und der senior-Autor der Studie.

Le Ngo, einem ehemaligen MIT-Doktoranden und postdoc, ist der führende Autor des Papiers, das erscheint im Feb. 5 Ausgabe von Cell Reports. Andere Autoren zählen Tze Mau Chan, ein ehemaliger student an der Singapore-MIT Allianz für Forschung und Technologie (SMART); Jing Ge, einer ehemaligen MIT-Studentin; und Leona Samson, Ngo ‚ s co-Berater und MIT-professor emerita of biological engineering.

Die Messung überleben

Die herkömmlichen Tests zur Messung überleben der Zelle, bekannt als colony formation assay, beinhaltet die wachsende zellkolonien in Gewebekultur Gerichte für zwei bis drei Wochen nach aussetzen der Zellen zu einer chemischen Verbindung oder eines anderen schädlichen Agenten wie Strahlung. Ein Forscher zählt dann die Anzahl der Kolonien zu bestimmen, wie die Behandlung beeinflusst die Zellen überleben.

Teil Engelward, die motivation für diese Studie war die Erinnerung an die langen Stunden verbrachte Sie zählen solche Kolonien als ein student.

„Das zählen ist wirklich mühselig und schmerzlich schwierig, weil man ständig machen Urteil Anrufe wie, was ist eine Kolonie versus Schutt“, sagt Sie. „Einige Menschen verwenden die colony formation assay mehr, weil es schwer ist, viel zu langsam und erfordert große Mengen von cell growth media, so müssen Sie eine Menge der geprüften Substanz.“

In den letzten Jahren haben Wissenschaftler begonnen, mit anderen Methoden, die sind schneller, aber nicht so präzise und empfindlich wie der colony formation assay. Diese tests Messen nicht das Wachstum der Zellen direkt, sondern stattdessen analysieren die Funktion der Mitochondrien.

Engelward und Kollegen entwickeln einen test, könnte dazu führen, Ergebnisse in nur ein paar Tage, während immer noch passend die Genauigkeit und Empfindlichkeit des colony formation assay. Das system, das Sie erfunden, die Sie nennen die MicroColonyChip, besteht aus winzigen Vertiefungen auf einer Platte. Behandelte und unbehandelte Zellen befinden sich in diesen Brunnen und beginnen sich zu bilden sehr kleine Kolonien in einem raster-Muster. Innerhalb von nur ein paar Tage, bevor die Kolonien sichtbar, die mit bloßem Auge können die Forscher verwenden ein Mikroskop-Bild der Zellen DNA, die fluoreszenzmarkierter.

Durch ändern der code, der ursprünglich von dem ehemaligen MIT-postdoc David Holz und MIT-Professor Sangeeta Bhatia, die Forscher erstellt ein software-Programm, das misst die Menge des fluoreszierenden DNA in jedes well und dann berechnet, wie viel Wachstum der Zellen aufgetreten ist. Durch den Vergleich des Wachstums der behandelten und der unbehandelten Zellen, die Forscher können bestimmen, dass die Toxizität von was auch immer Substanz, die Sie studieren.

„Wir haben ein automatisches scanning-system zu tun, das fluoreszierende Bildgebung, und danach die Bild-Analyse ist vollständig automatisiert,“ Ngo sagt.

Die Forscher verglichen Ihre neuen test, um die gold-standard-Kolonie-Bildung-Test und festgestellt, dass die Ergebnisse waren nicht zu unterscheiden. Sie waren auch in der Lage, genau zu reproduzieren die Daten über die Auswirkungen der gamma-Strahlung auf den menschlichen lymphoblastoid-Zellen, gesammelt vor 20 Jahren mit dem colony formation assay. Mit der MicroColonyChip die Forscher bezogen Ihre Daten in drei Tage statt drei Wochen.

„Wir waren in der Lage zu reproduzieren Strahlung Studien von vor 20 Jahren, mit einem Prozess sehr viel einfacher als das, was Sie Taten,“ Engelward sagt.

Höhere Empfindlichkeit

Die Forscher verglichen Ihre neuen test zu den beiden Toxizität-tests, die am häufigsten verwendeten Forscher und Pharma-Unternehmen, bekannt als XTT und CellTiter-Glo (CTG). Diese beiden tests sind indirekte Maßnahmen, die der Lebensfähigkeit der Zelle: XTT Maßnahmen-Zellen mit der Fähigkeit zu brechen tetrazolium, ein wichtiger Schritt in der zellulären Stoffwechsel und CTG Maßnahmen intrazelluläre Gehalt an ATP, Moleküle, die Zellen verwenden, um Energie zu speichern.

„Die MicroColonyChip ist viel empfindlicher als der XTT-assay, so ist es wirklich gibt Ihnen die Fähigkeit, subtile Veränderungen in der Zelle überleben, und es ist so empfindlich wie die CTG-assay, während mehr robuste Artefakte“ Engelward sagt.

Mit dem neuen test, die Forscher untersucht die Auswirkungen von zwei DNA-schädigende Medikamente für die Chemotherapie und fand, dass Sie genau zu reproduzieren die Ergebnisse, die mit der traditionellen colony formation assay. „Wir wollen jetzt erweitern diese Studien in der Hoffnung, die belegen, dass der test funktioniert für viele Arten von Drogen und Zellen,“ Ngo sagt.

Zusätzlich zum sein nützlich für die Entwicklung von Arzneimitteln, dieser test könnte auch sein hilfreich für Umwelt Aufsichtsbehörden verantwortlich für die Prüfung chemischer verbindungen, die für die potentiell schädlichen Effekte, Engelward sagt. Eine weitere mögliche Anwendung ist in der personalisierten Medizin, wo es verwendet werden könnte, um zu testen, die eine Vielzahl von Medikamenten bei einem Patienten die Zellen, bevor eine Behandlung gewählt wird.

Die Forscher eingereicht haben für ein patent auf Ihre Technologie. Finanziert wurde die Forschung durch das National Institute of Environmental Health Sciences, einschließlich der NIEHS Superfund Basic Research Program und der National Institutes of Health.