Summary

Real-Time Сопротивление на основе Cell Analyzer как инструмент, чтобы очертить молекулярных путей, участвующих в нейротоксичности и Нейропротекция в клеточной линии нейронов

Published: August 09, 2014
doi:

Summary

Improved in vitro neurotoxicity assays would aid the identification of new neuroprotective compounds. The utility of a real-time impedance-based cell analyzer to determine cytotoxicity and cytoprotection in neuronal cell lines and to delineate the involvement of second messenger pathways, thus gaining insight in the mechanism of neuroprotection is presented.

Abstract

Многие мозговые нарушения, связанные с есть гибель нейронов, участвующих в их патофизиологии. Улучшенная в моделях пробирке изучать нейропротекторные или нейротоксическое действие препаратов и вниз по течению путей, участвующих поможет разобраться в молекулярных механизмах нейропротекции / нейротоксичности и потенциально может способствовать развитию наркотиков. Тем не менее, многие существующие анализы токсичности в пробирке иметь серьезные ограничения – наиболее оценить нейротоксичность и нейропротекцию в одной точке времени, не позволяя наблюдать во времени процесса и кинетики эффекта. Кроме того, возможность для сбора информации о последующих сигнальных путей, участвующих в нейропротекции в реальном времени будет иметь большое значение. В текущем протоколе мы опишем использование в режиме реального времени импеданса на основе анализатора клеток, чтобы определить нейропротекторные эффекты серотонина 2А (5-HT 2A) агонистов рецепторов в нейронной клеточной линии под этикеткой без и в режиме реального времени Кондитионы с помощью измерения импеданса. Кроме того, показано, что ингибиторы второго путей мессенджеров может быть использован, чтобы очертить ниже по течению молекул, участвующих в нейропротекторного эффекта. Мы также описываем полезность этого метода, чтобы определить, способствует ли действие на пролиферацию клеток к наблюдаемому нейропротекторного эффекта. Система использует специальные микроэлектронных пластин, называемых Е-листы, содержащие чередующихся золото микроэлектродов массивы на нижней поверхности лунок, выступающей в качестве датчиков клеток. Импеданс считывания изменяется по количеству прикрепленных клеток, жизнеспособность клеток, морфологии и адгезии. Безразмерный параметр называется сотовый Индекс получают из измерения электрического сопротивления и используется для представления состояния клеток. В целом, в реальном времени сопротивление основе анализатор клеток позволяет в режиме реального времени, без наклеек оценки нейропротекции и нейротоксичности, и оценки второй участия посыльного путей, способствуя болееПодробное и высокой пропускной оценка потенциальных нейропротекторами в пробирке, для выбора терапевтических кандидатов.

Introduction

Гибели нейронов играет важную роль в патофизиологии многих мозга расстройств, связанных с 1. Наличие надежной и высокой пропускной в пробирке анализов токсичности имеет решающее значение для достичь лучшего понимания тонкостей механизмов нейротоксичности и помогут при выборе нейропротекторные молекулы в качестве терапевтических кандидатов в разработке лекарственных средств 2. Тем не менее, существует множество ограничений, чтобы наиболее широко используемые в пробирке нейротоксичности assays.They оценить поражение нервной / нейропротекцию в одной временной точке, не позволяя кинетическую разрешение; часто используют этикетку или зонд, который может вмешиваться в сигнальных путей и ограничить дополнительные исследования в той же популяции клеток, и часто трудоемкий, и во многих случаях не обеспечивают механистический понимание. В настоящем исследовании мы показали полезность в режиме реального времени импеданса на основе анализатора клеток, чтобы определить, нейротоксичность и нейропротекцию в нейронной клеточной линии в режиме реального времени и под этикеткой бесплатноусловия и обеспечить понимание последующих механизмов, с помощью анализа второго путей мессенджеров, участвующих в эффекте.

Предыдущие исследования подтвердили обоснованность анализатора в режиме реального времени клеток, чтобы определить цитотоксичность, а также воздействие на пролиферацию клеток в линии клеток по сравнению со стандартными методиками 3,4,5,6. Например, хорошая корреляция наблюдалась между показаниями стандартного жизнеспособность клеток WST-1 анализа и ценностей Сотовые Индекс в нескольких временных точках под базальных условиях распространения и после двух различных токсичных парадигм в HeLa клеток 3. В A549 и MDA-MB-231 клеток пролиферации и цитотоксичности, спровоцированной с микротрубочками стабилизатора паклитаксела показали очень близкие значения, когда оценивали путем измерения индекса клеток и стандартно используется сульфородамина В (SRB) анализ 4. В нейронной клеточной линии увековечены нейронов гиппокампа НТ-22 Сотовые измерения индекса были подтверждены на их способность тO обнаружить пролиферацию клеток, цитотоксичность и глутамата цитопротекцию против широко используемого 3- (4,5-диметилтиазол-2-ил) 2,5-дифенилтетразоли-бромид (МТТ) 5. В том же исследовании Результаты анализа МТТ и измерения Указатель Сотовый также хорошо коррелирует измерения нейронов пролиферацию клеток-предшественников, цитотоксичность после факторов роста лишения и спасения цитотоксичности по пан-ингибитор каспазы QVD 5. Цитотоксичность индуцированных в клетках NIH 3Т3 по Vandetanib (роста эндотелия сосудов рецептора фактора и ингибитора рецептора эпидермального фактора роста) показали сходные результаты измеренных значений индекса с клеткой или поглощение нейтрального красного анализа 6.

Недавно мы использовали систему анализатора клеток в реальном времени для оценки нейропротекторное действие серотонина 2A агонист рецептора (2A 5-НТ) (±) -2,5-диметокси-4-iodoamphetamine гидрохлорид (DOI) в нейрональной клеточной линии ( SK-N-SH клетки) и скрининг для вовлечения СЕКОой посыльного пути через контроль эффективности их химического ингибирования на наблюдаемой нейропротекции 7. Интересно, что 5-HT 2A рецепторов имеет как галлюциногенные и nonhallucinogenic агонистов (как DOI и лизурид, соответственно), которые могут активировать как общие и различные вторичного мессенджера пути 8.

Преимущества представленной техники в том, что она позволяет собирать информацию о выживаемости клеток в реальном времени в ходе дней, чтобы очертить участие второго посыльного пути, чтобы оценить возможный вклад распространения эффектов нейропротекции, и выбрать оптимальное время Для дополнительных конечных точек исследований по той же клеточной популяции. Принципиальная схема рабочего процесса в текущем протоколе представлена ​​на рисунке 1.

Protocol

1 Подготовка Поместите станцию ​​в реальном времени анализатора клетки в культуре ткани инкубатор при 37 ° С и 5% СО 2. Выполняйте все обращения для культивирования клеток и фармакологические методы лечения в капот культуры ткани в стерильных условиях. ПРИМЕЧАНИЕ: нейр?…

Representative Results

Сыворотка лишение приводит к снижению значений Сотовые индекс, который можно контролировать непрерывно с анализатором в режиме реального времени мобильный Нейротоксические стимулы к клеткам привести к снижению значений Сотовые индекс, который можно конт…

Discussion

Текущий протокол представляет утилиту анализатора в реальном времени клеток для оценки непрерывно и под этикеток без условий Нейрозащитные / нейротоксическое действие соединений в нервных клеточных линий и, чтобы получить представление о втором пути мессенджеров, участвующих в эффе…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Financial support for the experiments presented in the study was provided by the Marie Heim-Vögtlin program of the Swiss National Science Foundation.

We thank Ms. Johanna Nyffeler for developing a set of modified MATLAB programs for screening for statistically significant differences in real-time cell analyzer’s data and Dr. Yama Abassi for helpful discussion.

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
xCELLigence  RTCA SP system bundle ACEA Biosciences No: 00380601030 consists of RTCA Analyzer, RTCA SP Station and RTCA Control Unit
E-plate 96 ACEA Biosciences No: 05232368001 for culturing the cells, inserted in the RTCA SP Station
SK-N-SH cells ATCC – (in partnership with LGC Standards) HTB-11 can be replaced by another adherent neuronal cell line of interest
DMEM/F12  Sigma-Aldrich D8437 cell culture medium
fetal bovine serum Life Technologies 16140-063 supplements proliferation, but not serum deprivation medium
tisue culture flask T175 Sarstedt 83.1812.302  for culturing cells, which will be later plated on the E-Plate 96
0.05% Trypsin-EDTA Life Technologies 25300-054 for trypsinization of cells cultured in tissue culture flasks
Scepter 2.0 cell counter Merck Millipore PHCC20060 automated cell counter
phosphate-buffered saline Life Technologies 10010-015 for washing the cells
(±)-DOI hydrochloride Sigma-Aldrich D101 5-HT2A agonist for cell culture treatment
LY-294,002 hydrochloride Sigma-Aldrich L9908 PI3-K inhibitor for cell culture treatment 
lisuride maleate Tocris Bioscience 4052 compound with 5-HT2A agonistic activity for cell culture treatment
dimethyl sulfoxide Sigma-Aldrich D4540 for dissolving LY-294,002 and lisuride maleate

Riferimenti

  1. Cavallucci, V., D’Amelio, M. Matter of life and death: the pharmacological approaches targeting apoptosis in brain diseases. Curr. Pharm. Des. 17 (3), 215-229 (2011).
  2. Bull, S. HPA CHaPD 001: Review of Environmental Chemicals and Neurotoxicity. Focus on Neurological Diseases. , (2007).
  3. Ke, N., Wang, X., Xu, X., Abassi, Y. A. The xCELLigence system for real-time and label-free monitoring of cell viability. Methods Mol. Biol. 740, 33-43 (2011).
  4. Limame, R., et al. Comparative analysis of dynamic cell viability, migration and invasion assessments by novel real-time technology and classic endpoint assays. PLoS One. 7 (10), e46536 (2012).
  5. Diemert, S., et al. Impedance measurement for real-time detection of neuronal cell death. J. Neurosci. Methods. 203 (1), 69-77 (2012).
  6. Kustermann, S., et al. A label-free, impedance-based real time assay to identify drug-induced toxicities and differentiate cytostatic from cytotoxic effects. Toxicol In Vitro. 27 (5), 1589-1595 (2013).
  7. Marinova, Z., Walitza, S., Grünblatt, E. 5-HT2A serotonin receptor agonist DOI alleviates cytotoxicity in neuroblastoma cells: role of the ERK pathway. Prog. Neuropsychopharmacol. Biol. Psychiatry. 44, 64-72 (2013).
  8. González-Maeso, J., et al. Hallucinogens recruit specific cortical 5-HT(2A) receptor-mediated signaling pathways to affect behavior. Neuron. 53 (3), 439-452 (2007).
  9. Tsuchioka, M., Takebayashi, M., Hisaoka, K., Maeda, N., Nakata, Y. Serotonin (5-HT) induces glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) mRNA expression via the transactivation of fibroblast growth factor receptor 2 (FGFR2) in rat C6 glioma cells. J. Neurochem. 106 (1), 244-257 (2008).
  10. Galante, D., et al. Differential toxicity, conformation and morphology of typical initial aggregation states of Aβ1-42 and Aβpy3-42 beta-amyloids. Int. J. Biochem. Cell. Biol. 44 (11), 2085-2093 (2012).
  11. Sheline, C. T., Cai, A. L., Zhu, J., Shi, C. Serum or target deprivation-induced neuronal death causes oxidative neuronal accumulation of Zn2+and loss of NAD. Eur. J. Neurosci. 32, 894-904 (2010).

Play Video

Citazione di questo articolo
Marinova, Z., Walitza, S., Grünblatt, E. Real-Time Impedance-based Cell Analyzer as a Tool to Delineate Molecular Pathways Involved in Neurotoxicity and Neuroprotection in a Neuronal Cell Line. J. Vis. Exp. (90), e51748, doi:10.3791/51748 (2014).

View Video