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超高检测速度的光栅型酶标仪实时监测三维心脏组织的钙流变化

发布时间:2023-08-02 13:31 |  点击次数:

任何一种新药在批准上市前都需要进行大规模的安全测试,新药开发商不仅需要证明他们的药物对治疗疾病有积极的作用,而且还要证明对人的总体健康没有危害。具有潜力的候选药物在进行人体测试前,需要进行大量的临床前检测来估计服药后可能带来的潜在副作用。虽然在实验动物中的检测结果可以用于预计药物的副作用,但是与人类相比,动物模型对药物的响应可能并不相同。研究人员一直在寻找一种合适的体外检测系统,能够尽可能的模拟人体组织或器官在体内生理状态下对药物的响应。

传统的体外检测方法使用二维培养细胞作为测试对象,然而,越来越多的研究表明,从三维培养细胞获得的数据更接近从体内组织获得的数据,而且可以减少由二维培养系统产生的误导性结果(如假阳性或假阴性结果)。

工程化的心脏组织(EHTs)是由人类诱导多能干细胞(iPSC)分化而来的心肌细胞装配而成的三维心脏组织,具有与人类心肌相似的自发搏动频率,非常适合作为分析化合物诱导的心脏毒性的模型系统[1]。化合物引起的心脏毒性往往反映在心肌细胞钙离子流动的改变,因此,检测钙流的改变是分析候选药物潜在副作用的常用方法。

目前专门检测钙流的工具都非常昂贵,德国BMG LABTECH公司最/新一代光栅型多功能酶标仪CLARIOstar可以检测胞质钙离子指示剂Fluo-4荧光强度的快速改变(每秒100个数据点或每0.011个数据点),可用于定量地检测瞬时的钙流变化,是新一代理想的高性价比钙流检测工具。

 
A.显示的是用CLARIOstar检测工程化三维心肌组织(EHTs)的钙流结果,随着心肌组织的节律性收缩,钙离子指示剂Fluo-4的荧光强度呈现出周期性的变化。
 
B.是将10次心肌收缩的钙流改变重叠的结果,可以看出CLARIOstar的重复性非常好。
 
C.是将10次钙流改变平均后的结果,与直接从人类心肌组织得到的检测结果非常相似[2]
 

Fig.1:Calcium (Ca2+)transient measurements using iPSC derived 3D heart tissue and Fluo-4. 
(A)CLARIOstar microplate reader captures periodic Ca2+-transients that induce cardiac contractions. 
(B)Overlapping 10 Ca2+-transients of each single cardiac twitch. 
(C) An average profile of Ca2+-transient (bar=standard error).

 
超高的检测速度(每秒100个数据点)和灵敏度使得CLARIOstar成为检测药物引起的钙流变化的理想工具,Fig.2展示了4种化合物对EHTs钙流的影响,西沙必利(Cisapride)和毒胡萝卜素(Thapsigargin)是已知的不会引起钙流变化的化合物,从图中可以看出即使是高浓度也不会引起EHTs钙流的改变;而另外两个已知的可以引起钙流改变的化合物E4031和硝苯地平(Nifedipine),我们可以看到明显的浓度依赖的钙流改变。这些结果说明 CLARIOstar可以定量地检测瞬时的钙流变化,结合工程化的三维心肌组织(EHTs),可以作为早期的药物心脏毒性筛选工具。
Fig. 2: Calcium Transient Profiles. Human EHTs were treated with increasing concentrations of Cispride, E4031, Nifedipine, and Thapsigargin.
 

CLARIOstar是一款德国制造的高品质多功能酶标仪,其超高的检测速度不仅可以应用于钙流检测,对于酶学反应等快速动力学检测也同样出色。此外,CLARIOstar作为最/新一代的光栅型酶标仪,其独/一无二的线性渐变滤光片(LVF)光栅Fig.3),将光栅的灵活性和滤光片的灵敏度完美融合,实现了酶标仪的革命性突破,在药筛和科研领域受到广泛的认可和欢迎。

 
[1] Lam, V. and T. Wakatsuki, Hydrogel Tissue Construct-Based High-Content Compound Screening. Journal of Biomolecular Screening, 2011. 16(1): p. 120-128.
[2] Effect of inotropic interventions on contraction and Ca2+ transients in the human heart, ed. K. Brixius, et al. Vol. 83. 1997. 652-660.
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