Найден лучший способ измерить выживаемость клеток
Измерение токсического воздействия химических соединений на различные типы клеток имеет решающее значение для разработки лекарств от рака, которые должны быть способны убить клетки-мишени. Анализ выживаемости клеток также является важной задачей в таких областях, как экологическое регулирование, для проверки промышленных и сельскохозяйственных химикатов на предмет возможного вредного воздействия на здоровые клетки.
Биологические инженеры MIT в настоящее время разработали новый тест на токсичность, который может измерять химическое воздействие на выживаемость клеток с гораздо большей чувствительностью, чем некоторые из самых популярных тестов, используемых сегодня. Он также намного быстрее, чем тест по золотому стандарту, который широко не используется, поскольку для получения результатов требуется две-три недели. Таким образом, новый тест может помочь фармацевтическим компаниям и ученым-исследователям быстрее выявлять и оценивать новые лекарственные средства. Slit3, полученный из макрофагов, контролирует миграцию клеток и поиск аксонов в мостике периферических нервов.
«Анализы на цитотоксичность являются одними из наиболее часто используемых анализов в науках о жизни», — говорит Бевин Энгельвард, профессор биологической инженерии в Массачусетском технологическом институте и старший автор исследования.
Ле Нго, бывший аспирант MIT и постдок, является ведущим автором статьи, которая появляется в выпуске Cell Reports от 5 февраля . Другими авторами являются Це Ки Чан, бывший аспирант в Сингапуре-MIT Альянс по исследованиям и технологиям (SMART); Цзин Гэ, бывший аспирант Массачусетского технологического института; и Леона Самсон, со-советник Ngo и почетный профессор биологической инженерии Массачусетского технологического института.
Измерение выживания
Традиционный тест для измерения выживаемости клеток, известный как анализ образования колоний , включает выращивание клеточных колоний в чашках для тканевых культур в течение двух-трех недель после воздействия на клетки химического соединения или другого вредного агента, такого как радиация. Затем исследователь подсчитывает количество колоний, чтобы определить, как лечение повлияло на выживание клеток.
Частью мотивации Энгельвард к этому исследованию было воспоминание о долгих часах, которые она потратила на подсчет таких колоний в качестве аспиранта.
«Подсчет действительно трудоемок и мучительно труден, потому что вы должны постоянно выносить суждения о том, что такое колония против мусора», — говорит она. «Мало кто использует анализ образования колоний больше, потому что он сложный, слишком медленный и требует огромного количества среды для роста клеток, поэтому вам нужно много тестируемого соединения».
В последние годы ученые начали использовать другие методы, более быстрые, но не такие точные и чувствительные, как анализ образования колоний. Эти тесты не измеряют рост клеток напрямую, а анализируют митохондриальную функцию.
Энгельвард и его коллеги намереваются разработать тест, который может дать результаты всего за несколько дней, при этом сохраняя точность и чувствительность анализа образования колоний. Изобретенная ими система, которую они называют MicroColonyChip, состоит из крошечных лунок на пластине. Обработанные и необработанные клетки помещают в эти лунки и начинают образовывать очень маленькие колонии в виде сетки. В течение нескольких дней, прежде чем колонии станут видны невооруженным глазом, исследователи могут использовать микроскоп для получения изображения ДНК клеток, которая имеет флуоресцентную метку.
Модифицировав код, первоначально разработанный бывшим постдоком MIT Дэвидом Вудом и профессором MIT Сангитой Бхатиа, исследователи создали программу, которая измеряет количество флуоресцентной ДНК в каждой лунке, а затем подсчитывает, сколько произошло роста клеток. Сравнивая рост обработанных и необработанных клеток, исследователи могут определить токсичность любого соединения, которое они изучают.
«У нас есть автоматическая система сканирования для получения флуоресцентных изображений, а после этого анализ изображений полностью автоматизирован», — говорит Нго.
Исследователи сравнили свой новый тест с анализом образования колоний по золотому стандарту и обнаружили, что результаты были неразличимы. Они также смогли точно воспроизвести данные о влиянии гамма-излучения на лимфобластоидные клетки человека, полученные 20 лет назад с использованием анализа образования колоний. Используя MicroColonyChip, исследователи получили свои данные за три дня, а не за три недели.
«Мы смогли воспроизвести радиационные исследования 20 лет назад, используя процесс намного проще, чем они», — говорит Энгельвард.
Большая чувствительность
Исследователи также сравнили свой новый тест с двумя тестами на токсичность, которые чаще всего используются исследователями и фармацевтическими компаниями, известными как XTT и CellTiter-Glo (CTG). Оба эти теста являются косвенными показателями жизнеспособности клеток: XTT измеряет способность клеток расщеплять тетразолий, ключевой шаг в клеточном метаболизме, а CTG измеряет внутриклеточные уровни АТФ, молекул, которые клетки используют для накопления энергии.
«MicroColonyChip намного более чувствителен, чем анализ XTT, поэтому он действительно дает вам возможность видеть тонкие изменения в выживаемости клеток , и он так же чувствителен, как и анализ CTG, и в то же время более устойчив к артефактам», — говорит Энгельвард.
Используя новый тест, исследователи изучили действие двух повреждающих ДНК препаратов, используемых для химиотерапии, и обнаружили, что они могут точно воспроизвести результаты, полученные с использованием традиционного анализа образования колоний. «Сейчас мы планируем расширить эти исследования в надежде продемонстрировать, что тест работает для многих других типов лекарств и клеток», — говорит Нго.
По словам Энгельворда, этот тест не только полезен для разработки лекарственных препаратов, но и полезен для природоохранных органов, ответственных за тестирование химических соединений на предмет потенциального вредного воздействия. Другое возможное применение в персонализированной медицине, где оно может быть использовано для тестирования различных лекарств на клетках пациента перед выбором лечения.
