En bedre måte å måle celleoverlevelse

Å måle de toksiske effektene av kjemiske forbindelser på ulike typer celler er avgjørende for å utvikle kreftmedisiner, som må være i stand til å drepe målcellene deres. Å analysere celleoverlevelse er også en viktig oppgave innen felt som miljøregulering, å teste industri- og landbrukskjemikalier for mulige skadelige effekter på friske celler.

MIT biologiske ingeniører har nå utviklet en ny toksisitetstest som kan måle kjemiske effekter på celleoverlevelse med mye større følsomhet enn noen av de mest populære testene som brukes i dag. Den er også mye raskere enn gullstandardtesten, som ikke er mye brukt fordi det tar to til tre uker å gi resultater. Den nye testen kan dermed hjelpe legemiddelselskaper og akademiske forskere med å identifisere og evaluere nye medikamenter raskere.

"Cytotoksisitetsanalyser er en av de mest brukte analysene innen biovitenskap,” sier Bevin Engelward, en professor i biologisk ingeniørvitenskap ved MIT og seniorforfatter av studien.

Le Ngo, en tidligere MIT graduate student og postdoc, er hovedforfatter av avisen, som vises i feb. 5 "Vi er begeistret over denne demonstrasjonen av 3D-utskrift og av hvordan inntakbare teknologier kan hjelpe mennesker gjennom nye enheter som letter mobile helseapplikasjoner Cellerapporter. Andre forfattere inkluderer Tze Khee Chan, en tidligere doktorgradsstudent ved Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART); Jing Ge, en tidligere MIT-student; og Leona Samson, Ngos medrådgiver og en MIT-professor emerita i biologisk ingeniørfag.

Måling av overlevelse

Den tradisjonelle testen for å måle celleoverlevelse, kjent som kolonidannelsesanalysen, involverer dyrking av cellekolonier i vevskulturskåler i to til tre uker etter å ha eksponert cellene for en kjemisk forbindelse eller et annet skadelig middel som stråling. En forsker teller deretter antall kolonier for å finne ut hvordan behandlingen påvirket cellenes overlevelse.

En del av Engelwards motivasjon for denne studien var minnet om de lange timene hun brukte på å telle slike kolonier som en doktorgradsstudent.

"Tellen er virkelig møysommelig og smertelig vanskelig fordi du hele tiden må foreta vurderingsoppfordringer om hva som er en koloni kontra rusk," hun sier. "Få mennesker bruker kolonidannelsesanalysen lenger fordi det er vanskelig, altfor sakte, og krever enorme mengder cellevekstmedier, så du trenger mye av forbindelsen som testes."

I de senere år, forskere har begynt å bruke andre metoder som er raskere, men ikke så nøyaktige og følsomme som kolonidannelsesanalysen. Disse testene måler ikke cellevekst direkte, men analyserer i stedet mitokondriell funksjon.

Engelward og kolleger satte seg fore å utvikle en test som kunne generere resultater på bare noen få dager mens de fortsatt matcher nøyaktigheten og følsomheten til kolonidannelsesanalysen. Systemet de oppfant, som de kaller MicroColonyChip, består av bittesmå brønner på en tallerken. Behandlede og ubehandlede celler plasseres i disse brønnene og begynner å danne svært små kolonier i et rutemønster. I løpet av få dager, før koloniene blir synlige for det blotte øye, forskerne kan bruke et mikroskop for å avbilde cellenes DNA, som er fluorescerende merket.

Ved å endre kode opprinnelig utviklet av tidligere MIT postdoc David Wood og MIT professor Sangeeta Bhatia, forskerne laget et program som måler mengden fluorescerende DNA i hver brønn og deretter beregner hvor mye cellevekst som skjedde. Ved å sammenligne veksten av behandlede og ubehandlede celler, forskerne kan bestemme toksisiteten til den forbindelsen de studerer.

MIT biologiske ingeniører har utviklet en måte å raskt måle celleoverlevelse ved å dyrke mange cellekolonier og avbilde deres fluorescerende merkede DNA. Forutsi sekvens fra struktur: Le Ngo

"Vi har et automatisk skanningssystem for å gjøre fluorescerende bildebehandling, og etterpå, bildeanalysen er fullstendig automatisert,sier Ngo.

Forskerne sammenlignet sin nye test med gullstandard-kolonidannelsesanalysen og fant ut at resultatene var umulige å skille.. De var også i stand til å gjengi data nøyaktig om effekten av gammastråling på humane lymfoblastoide celler, samlet inn 20 år siden ved bruk av kolonidannelsesanalysen. Bruke MicroColonyChip, forskerne innhentet dataene sine på tre dager, i stedet for tre uker.

"Vi var i stand til å reprodusere strålingsstudier fra 20 År siden, bruke en prosess mye enklere enn det de gjorde,sier Engelward.

Større følsomhet

Forskerne sammenlignet også sin nye test med de to toksisitetstestene som er mest brukt av forskere og farmasøytiske selskaper, kjent som XTT og CellTiter-Glo (CTG). Begge disse testene er indirekte mål på cellelevedyktighet: XTT måler cellenes evne til å bryte ned tetrazolium, et nøkkeltrinn i cellulær metabolisme, og CTG måler intracellulære nivåer av ATP, molekyler som cellene bruker til å lagre energi.

"MicroColonyChip er mye mer følsom enn XTT-analysen, så det gir deg virkelig muligheten til å se subtile endringer i celleoverlevelse, og den er like følsom som CTG-analysen samtidig som den er mer robust overfor artefakter,sier Engelward.

Bruker den nye testen, forskerne undersøkte effekten av to DNA-skadelige legemidler brukt til kjemoterapi og fant ut at de nøyaktig kunne gjengi resultatene oppnådd ved bruk av den tradisjonelle kolonidannelsesanalysen. "Vi planlegger nå å utvide disse studiene i håp om å vise at testen fungerer for mange flere typer medikamenter og celler,sier Ngo.

I tillegg til å være nyttig for legemiddelutvikling, denne testen kan også være nyttig for miljøreguleringsorganer som er ansvarlige for å teste kjemiske forbindelser for potensielle skadelige effekter, sier Engelward. En annen mulig anvendelse er i personlig medisin, hvor det kan brukes til å teste en rekke medikamenter på en pasients celler før en behandling velges.

Kilde: http://news.mit.edu, av Anne Trafton