幹細胞は、人間の心臓の生理学および薬理学の有用なモデル人間誘導された多能性から派生した心筋細胞の分離を自発的に契約です。周波数を破って、Ca 感受性蛍光色素と温度制御のイメージング ウェル プレート リーダーを使用してに外因性の化合物の効果を定量化するハイスループットス クリーニング システムをご紹介します。
人間誘導された多能性から派生した心筋細胞の分離を自発的に契約幹細胞による CM) は、人間の心臓の生理学および薬理学の有用なモデルです。この自発的な活動を記録して薬剤の効果を評価するさまざまな方法が提案されているが、これらのメソッドの多くは、スループットの制限および/または生理学的な関連性苦しみます。Ca 感受性蛍光色素および温度制御のイメージング ウェル プレート リーダーの使用による CM の打撃頻度に外因性の化合物の効果を定量化する高スループット スクリーニング システムを開発しました。セル板・複合板を準備する方法と高い感度と再現性を実現する自動化された分析を実行する方法について述べる。また変換し、自発性リズム変動に対する薬剤の効果の信頼性の高い手段を提供するために蛍光データを分析する方法について述べる。この試金はガイド化学最適化から離れてまたはに向かって、人間の心機能に影響を及ぼす化合物を創薬プログラムで使用できます。
この議定書は、生理学的に関連するリズムでによる CM の両の自発頻度に対する薬剤の効果を測定する方法を示しています。人間誘導された多能性幹細胞は、暴行分離体外1,2,3、4を自発的に確立する機能的な心筋細胞に区別できます。これらによる CM は、商用プロバイダー経由または実験室の生産で大量に得ることができる、人間の心臓の生理学および薬理学のモデルを生成する細胞の有用なソースです。特に、予測したり、人間5に薬剤を投与するときに発生する可能性があります心臓の効果を特徴付けるために使用できます。
微小電極アレイまたはインピー ダンス計測1を用いた生理学的条件下でによる CM 両打撃回数を測定ことができる: これらの非侵襲的手法は、薬の効果の非常に詳細な情報がなく、低スループットと彼らは、現実的な時間と予算の制約内で大規模な化合物ライブラリのテストを有効にしません。384 ウェル蛍光プレート リーダーを使用してより効果的なシステムを詳述することができます、Ca 感受性色素6、古典的なプレート リーダーが最適温度制御/集録周波数によって妨げられます。これらの制限は、生理的暴行率 (~ 15 bpm、35-55 bpm 制御環境1と比較して) によって示されている、Ca 信号解像度が低い (取得周波数 8 Hz が下限 120 bpm を達することができる記録的な率を刺激の条件下で、斜面や期間などの情報を抽出できません)。ここで説明する方法は、生理のリズム、これらの懸念を排除するための十分な解像度のパターンを破っての記録を組み合わせたものです。
正側では、このメソッドは、単純な信頼性、および高スループット、合理的なコストで化合物の大量の急速なテストが可能です。負側では、このメソッドは高価な投資は、効果的な温度コントロールで高速プレート リーダーが必要です、観察された薬剤の効果は、さらにより詳細なテストが必要になる場合があります少し機械的情報を提供メソッド。
Approximatively 6 x 106による CM は、1 つの 384 ウェルの細胞板の 1 つの測定に必要です。による CM は通常、〜 1 mL の 10 の6セル × 4 の冷凍因数として商業的供給されます。したがって、3 つの冷凍因数 2 セル板を準備すると便利です。ほとんどの場合、このアッセイの変動の少ないテスト混合物の重複した測定を実行し、, 各セル板のポジティブ コントロール (フォルスコリン, N6-シクロペンチルホモログ-アデノシンおよび E-4031) の測定すれば十分ですし、ネガティブ コントロール (DMSO だけ) の 20 扇たたみの測定。したがって、352 化合物/濃度ペアの最大は 2 セル 384 ウェルプレートで評価できます。次のプロトコルは、352 テスト混合物、2 つのセル板 1200 万セル; 3 つの冷凍因数として指定と実行このような実験を考慮します。追加のデータ ポイントが必要な場合、それは簡単にスケール アップできます。
2 つの側面は成功の記録周波数を破っての最も重要です。最初は、セルめっきと文化に注意を行使することです。特に、しようとする媒体を交換するときに井戸の底で細胞層を傷つけないことが重要です。ピペットで井戸の底に接触してかまいませんが、たびに、それによって細胞層とアッセイのパフォーマンスに影響を及ぼしていない小さな傷のみを生産、同じ角度を使用する必要があります。再現性のある均一なリズムを得る 2 つ目の重要な側面は、測定の期間のセル板全体 37 ° C で良い温度制御を提供することです。我々 はここでは、使用するプレート リーダー以外のデバイスを使用して、この均質を取得できませんでしたが、それは体温調節に特別な変更可能であること: 板の単一ブランドを超えてより広く利用可能なここで提示されたプロトコルになります。リーダー。ここで使用されるデバイスと実験の期間の温度安定性を達成するために; それが終了する前に、各録音を停止する必要があります。それ以外の場合、ロボットは、測定セル板を取り出すでしょう。この技術的な問題は、プレート リーダー ソフトウェアの次のリリースで消えることがありますが、今のところが重要であります。セル板をプレート リーダー外誤って転送する場合それはできるだけ早く内部に戻って読み込む必要があります。それにもかかわらず、温度変化非常に急速に暴行率に影響を与えるので、実験の質が悪くなります。
、徹底的にテストされていない、いくつか他の側面は、重要度の低い可能性があります。たとえば、による CM メーカーは、細胞を播種する前に細胞培養プレートのコーティングをお勧めしますが、この特定のアッセイでコーティングされていない、細胞付着様々 な面で非常に簡単に、正しくコート 384 ウェルに非常に難しいのでプレート。しかし、細胞板のコーティングがあります許容、またはアッセイの品質を改善するかもしれない。また決して DMSO 以外の溶媒を認めることが、他の録音の技術と経験から、エタノールまたはメタノールのような濃度も耐えられるだろうかどうかをテストしました。我々 は通常、同じ製造元からによる CMs を使用し、同様の方法で動作するように登場した、1 つだけ他のサプライヤーからの細胞を調べた。同様に、彼らの最初のバッチにも同様の振る舞いを確認するそれらを個によって選択されたによる CMs の異なるバッチの数が少ないを使用しています。1 つまたは 2 つのバッチは、ここでその分離安定性の悪いまたは培養条件下で再現性があったので不適切な使用と判断されました。そうでなければ、薬理学登場似てバッチ間で「典型的な」化合物 (フォルスコリン、N6-シクロペンチルホモログ-アデノシンと E-4031 と同様、エンドセリン、イソプロテレノール、アムロジピン、ponesimod) の限られたパネルをテストするとき。健康なドナー由来による CM のみ使いました。チロシンキナーゼ阻害剤の心毒性を評価する際、健常者と患者との間の差は認められなかったものの、心臓病患者由来による CM は、異なる結果を提供するかどうかを評価する価値があるかもしれません12します最後に、我々 は通常薬剤の効果を計測する前に 22-28 日間培養を待つ: インピー ダンス (細胞層の安定性の指標) と高速インピー ダンス (インジケーターの同じセルのインピー ダンスの録音での経験、の定常状態が遅くなる。周波数を破って) と、15 日間の培養 12–の後で達されます。ただし、これはとき心臓チャネルの成熟マーカー発現プロファイルは安定して13時間なので 22–に 28 日を待つことにしました。セルは、以前またはそれ以降を使用した場合と同等の結果になるかどうか検討されてこなかった。
説明プロトコルはここで人間の心臓電気生理に対する潜在的な薬剤の効果を評価するのにこと CM 自発速度の非常に簡単な測定を使用します。他の方法論上の主な利点として i) それはハイスループットス クリーニング環境に従う、ii) それは心筋細胞の活動と生理的温度で薬剤の効果を記録、iii) それは必要としない、します。電気生理学的専門知識、実行、結果の評価。
多くの薬剤が人間の使用のために承認を実行検証研究ではアッセイは、既存の臨床データ5によって予測された人間の医学で使われる薬に反応することを示した。このメソッドは、心臓のリズム上のすべての潜在的な効果を考慮される、ため、包括的な体外Proarrhythmic 試金 (CiPA) イニシアティブ14プロ不整脈の可能性を具体的に評価するを補完します。
将来は、このメソッドは、自発レートに影響する薬の行動モードのさらなる理解を提供可能性があります。機構の詳細は Ca トランジェント (例えば、彼らの振幅または図形) の蛍光の録音である可能性が高いです。蛍光録画が実行された場合より高い購入率 (例えば、30 Hz) でこれらのパラメーターが簡単に暴行率に加えて抽出し、の既知の影響とこれらのパラメーターの変更を関連付けるは興味深いことがあります。臨床的に薬剤を使用しました。
The authors have nothing to disclose.
著者の謝辞があります。
FDSS7000 fluorescent plate reader | Hamamatsu Photonics (Massy, France) |
not a catalog item | |
FDSS7000 Fluo-3/Fluo-4/Fluo-8 fluorescence filter kit | Hamamatsu Photonics (Massy, France) |
installed initially in the device |
|
FDSS7000 temperature control | Hamamatsu Photonics (Massy, France) |
A10118-09 | |
FDSS7000 150-W Excitation Light Source Unit | Hamamatsu Photonics (Massy, France) |
C11653-11 | |
FDSS7000 pipet tips for 384-well plates | Hamamatsu Photonics (Massy, France) |
A8687-62 | |
Waveform Analysis Software for Cardiomyocytes | Hamamatsu Photonics (Massy, France) |
U8524-12 | optional alternative to the Igor Pro software |
Igor Pro data analysis software | Wavemetrics (Portland, Oregon, USA) |
Latest version | |
iCell-Cardiomyocytes Kit | Cellular Dynamics International (Madison, WI) | R1106 | includes cells, plating and maintenance media |
Cor.4U Cardiomyocyte Kit | Ncardia Germany (Cologne, Germany) |
Ax-B-HC02-4M | includes cells, plating and maintenance media alternative to the iCell-Cardiomyocytes |
384-well cell culture plates | Greiner-Bio-One (Frickenhausen, Germany) | 781091 | |
384-well compound plates | Greiner-Bio-One (Frickenhausen, Germany) | 781280 | |
FLIPR Calcium 4 Assay Kit | Molecular Devices (Sunnyvale, California) |
R8142 | |
Forskolin | Sigma-Aldrich (Buchs, Switzerland) |
F6886 | |
N6-cyclopentyl-adenosine | Sigma-Aldrich (Buchs, Switzerland) |
C8031 | |
E-4031 | Enzo Life Sciences (Lausen, Switzerland) |
BML-KC158 | |
Penicillin-Streptomycin solution | Gibco/ThermoFisher (Reinach, Switzerland) |
15140-122 | |
Trypan Blue Solution, 0.4% | Gibco/ThermoFisher (Reinach, Switzerland) |
15250061 |