يقدم هذا البروتوكول مقايسات السمية الخلوية شائعة الاستخدام (مقايسات Alamar Blue [AB] ، CFDA-AM ، الأحمر المحايد ، و MTT) التي تم تكييفها لتقييم السمية الخلوية في جنين الزرد (ZEM2S) وخطوط خلايا الكبد (ZFL) في 96 لوحة بئر.
أصبحت خطوط خلايا الأسماك تستخدم بشكل متزايد في دراسات السمية البيئية ، وتم اقتراح مقايسات السمية الخلوية كطرق للتنبؤ بالسمية الحادة للأسماك. وبالتالي ، يقدم هذا البروتوكول مقايسات السمية الخلوية المعدلة لتقييم صلاحية الخلية في جنين الزرد (Danio rerio) (ZEM2S) وخطوط خلايا الكبد (ZFL) في 96 لوحة بئر. نقاط نهاية السمية الخلوية التي تم تقييمها هي سلامة الميتوكوندريا (مقايسات Alamar Blue [AB] و MTT) ، وسلامة الغشاء عبر نشاط الإستراز (مقايسة CFDA-AM) ، وسلامة الغشاء الليزوزومي (مقايسة الأحمر المحايد [NR]). بعد التعرض لمواد الاختبار في لوحة 96 بئرا ، يتم إجراء فحوصات السمية الخلوية ؛ هنا ، يتم تنفيذ AB و CFDA-AM في وقت واحد ، متبوعا ب NR على نفس اللوحة ، بينما يتم إجراء اختبار MTT على لوحة منفصلة. يتم أخذ قراءات هذه المقايسات عن طريق مضان AB و CFDA-AM ، وامتصاص MTT و NR. يمكن استخدام مقايسات السمية الخلوية التي يتم إجراؤها باستخدام خطوط خلايا الأسماك هذه لدراسة السمية الحادة للمواد الكيميائية على الأسماك.
يجب اختبار المواد الكيميائية فيما يتعلق بسلامتها لصحة الإنسان والبيئة. تم النظر بشكل متزايد في المؤشرات الحيوية الجزيئية والخلوية في تقييمات السلامة للتنبؤ بالتأثيرات على الكائنات الحية من قبل الوكالات التنظيمية و / أو التشريعات (على سبيل المثال ، REACH ، OECD ، US EPA)1,2 ، لأنها يمكن أن تسبق النتائج الضارة في الجسم الحي (على سبيل المثال ، اضطراب الغدد الصماء ، والاستجابة المناعية ، والسمية الحادة ، والسمية الضوئية)3،4،5،6،7 . في هذا السياق ، تم أخذ السمية الخلوية كقياس للتنبؤ بالسمية الحادة للأسماك 5,8 ؛ ومع ذلك ، يمكن أن يكون لها العديد من التطبيقات الأخرى في دراسات السمية البيئية ، مثل تحديد تركيزات المواد الكيميائية شبه السامة للخلايا لدراسة مجموعة آثارها الأكثر تنوعا على الأسماك (على سبيل المثال ، تأثيرات تعطيل الغدد الصماء).
في أنظمة زراعة الخلايا (في الأنظمة المختبرية ) ، يمكن تحديد السمية الخلوية للمواد الكيميائية بطرق مختلفة في أنواع نقاط النهاية. على سبيل المثال ، يمكن أن تستند طريقة السمية الخلوية إلى نقطة نهاية تتعلق بمورفولوجيا محددة لوحظت أثناء عملية موت الخلية ، بينما يمكن لطريقة أخرى تحديد السمية الخلوية عن طريق قياس موت الخلية ، وصلاحيتها ووظائفها ، والتشكل ، واستقلاب الطاقة ، وتعلق الخلية وتكاثرها. يمكن أن تؤثر المواد الكيميائية على صلاحية الخلية من خلال آليات مختلفة ، وبالتالي فإن تقييم السمية الخلوية الذي يغطي نقاط نهاية مختلفة لصلاحية الخلية ضروري للتنبؤ بالتأثيرات الكيميائية9.
MTT و Alamar Blue (AB) هي فحوصات تحدد التأثيرات على صلاحية الخلية بناء على نشاط التمثيل الغذائي للخلية. يقوم اختبار MTT بتقييم نشاط إنزيم الميتوكوندريا سكسينات ديهيدروجيناز10. يحدث اختزال بروميد 3- [4،5-ثنائي ميثيل ثيازول-2yl] -2،5-ثنائي فينيل تيترازوليوم (MTT) إلى اللون الأزرق الفورمازان فقط في الخلايا القابلة للحياة ، وتتناسب كثافته البصرية طرديا مع عدد الخلايا القابلة للحياة10. اختبار AB هو مؤشر حساس لتقليل الأكسدة ، بوساطة إنزيمات الميتوكوندريا التي تتألق وتغير لونها عند تقليل resazurin إلى resorufin بواسطة الخلايا الحية11 ؛ ومع ذلك ، تساهم الإنزيمات الخلوية والميكروسومية أيضا في تقليل AB و MTT12. قد تشمل هذه الإنزيمات العديد من الاختزالات، مثل مؤكسدات الكحول والألدهيد، NAD(P)H: كينون أوكسيدوريدوكتاز، اختزال الفلافين، نازعة هيدروجين NADH، والسيتوكرومات11.
مقايسة الأحمر المحايد (NR) هي مقايسة صلاحية الخلية بناء على دمج هذه الصبغة في الجسيمات الحالة للخلايا القابلة للحياة13. يعتمد امتصاص NR على قدرة الخلايا على الحفاظ على تدرجات الأس الهيدروجيني. يحافظ تدرج البروتون داخل الجسيمات الحالة على درجة حموضة أقل من السيتوبلازم. عند درجة الحموضة الفسيولوجية الطبيعية ، يقدم NR شحنة صافية تبلغ صفرا تقريبا ، مما يمكنه من اختراق أغشية الخلايا. وبالتالي ، تصبح الصبغة مشحونة ويتم الاحتفاظ بها داخل الليزوزومات. وبالتالي ، كلما زادت كمية NR المحتفظ بها ، زاد عدد الخلايا القابلة للحياة14. المواد الكيميائية التي تلحق الضرر بسطح الخلية أو الأغشية الليزوزومية تضعف امتصاص هذه الصبغة.
مقايسة CFDA-AM هي مقايسة صلاحية خلية فلورومترية تعتمد على الاحتفاظ ب 5-كربوكسي فلوريسئين ثنائي أسيتات أسيتوكسي ميثيل استر (CFDA-AM)15. يتم تحويل 5-CFDA-AM ، ركيزة استراز ، إلى كربوكسي فلوريسئين ، وهي مادة فلورية قطبية وغير منفذة بواسطة أغشية الخلايا الحية15 ؛ وبالتالي ، يتم الاحتفاظ به في الجانب الداخلي لغشاء الخلية السليم ، مما يشير إلى خلايا قابلة للحياة.
في الآونة الأخيرة ، تم دمج ثلاثة مقايسات للسمية الخلوية (مقايسات CFDA-AM ، NR ، و AB) في إرشادات ISO (المنظمة الدولية للتوحيد القياسي) (ISO 21115: 2019) 16 وطريقة اختبار OECD (منظمة التعاون الاقتصادي والتنمية (OECD TG 249) لتقييم السمية الحادة للأسماك باستخدام خط خلايا RTgill-W1 (خط الخلية الدائم من تراوت قوس قزح [Oncorhynchus mykiss] الخيشومية) في 24 لوحة بئر17 . على الرغم من وجود طريقة قائمة على الخلايا للتنبؤ بالسمية الحادة للأسماك ، فقد تم استثمار الجهود في تطوير طرق مماثلة مع أنواع الأسماك الأخرى وزيادة إنتاجية الطريقة. تتضمن بعض الأمثلة تطوير خطوط خلايا ZFL المنقولة بجينات المراسل لمسارات سمية محددة18,19 ، واختبارات السمية الضوئية في خط خلية RTgill-W1 20 ، واستخدام خطوط خلايا ZFL و ZF4 (الخلايا الليفية الزرد المشتقة من أجنة عمرها يوم واحد) لتقييم السمية من خلال العديد من فحوصات السمية الخلوية21.
دانيو ريريو (الزرد) هو أحد أنواع الأسماك الرئيسية المستخدمة في دراسات السمية المائية. وبالتالي ، قد تكون الطرق القائمة على الخلايا مع خطوط خلايا الزرد لاختبار سمية الأسماك مفيدة للغاية. خط خلية ZFL هو خط خلايا الكبد الظهارية الزرد الذي يقدم الخصائص الرئيسية لخلايا متني الكبد ويمكنه استقلاب xenobiotics7،22،23،24،25. وفي الوقت نفسه ، فإن خط خلية ZEM2S هو خط خلايا ليفية جنينية من الزرد مشتق من مرحلة البلاستولا التي يمكن استخدامها للتحقيق في الآثار التنموية على الأسماك26،27. وبالتالي ، يصف هذا البروتوكول أربعة مقايسات للسمية الخلوية (مقايسات MTT و AB و NR و CFDA-AM) ، مع إجراء تعديلات مع خطوط خلايا ZFL و ZEM2S في 96 لوحة بئر.
تستخدم مقايسات السمية الخلوية على نطاق واسع لتقييم السمية في المختبر ، وتقدم مقالة البروتوكول هذه أربعة مقايسات سمية خلوية شائعة الاستخدام معدلة ليتم إجراؤها في خطوط خلايا الزرد (أي كثافة الخلية للوحة 96 بئرا ، ووقت الحضانة في مقايسة MTT ، واستنفاد FBS أثناء حالة التعرض الكيميائي ، والت?…
The authors have nothing to disclose.
في ذكرى الدكتور مارسيو لورينسيني ، مؤلف مشارك في هذا العمل ، باحث ممتاز في مجال مستحضرات التجميل ومكرس لتعزيز أبحاث التجميل في البرازيل. يعرب المؤلفون عن امتنانهم للمختبر متعدد المستخدمين في قسم علم وظائف الأعضاء (UFPR) لتوافر المعدات وللدعم المالي المقدم من التنسيق من أجل تحسين موظفي التعليم العالي (CAPES ، البرازيل) (قانون المالية 001) و Grupo Boticario.
5-CFDA, AM (5-Carboxyfluorescein Diacetate, Acetoxymethyl Ester) | Invitrogen | C1345 | |
Cell culture plate, 96 well plate | Sarstedt | 83.3924 | Surface: Standard, flat base |
DMEM | Gibco | 12800-017 | Powder, high glucose, pyruvate |
Ham's F-12 Nutrient Mix, powder | Gibco | 21700026 | Powder |
HEPES (1 M) | Gibco | 15630080 | |
Leibovitz's L-15 Medium | Gibco | 41300021 | Powder |
Neutral red | Sigma-Aldrich | N4638 | Powder, BioReagent, suitable for cell culture |
Orbital shaker | Warmnest | KLD-350-BI | 22 mm rotation diameter |
Dulbeccos PBS (10X) with calcium and magnesium | Invitrogen | 14080055 | |
Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL) | Gibco | 15140122 | |
Resazurin sodium salt | Sigma-Aldrich | R7017 | Powder, BioReagent, suitable for cell culture |
RPMI 1640 Medium | Gibco | 31800-014 | Powder |
SFB – Fetal Bovine Serum, qualified, USDA-approved regions | Gibco | 12657-029 | |
Sodium bicarbonate | Sigma-Aldrich | S5761 | Powder, bioreagent for molecular biology |
Thiazolyl Blue Tetrazolium Bromide 98% | Sigma-Aldrich | M2128 | |
Trypan blue stain (0.4%) | Gibco | 15250-061 | |
Trypsin-EDTA (0.5%), no phenol red | Gibco | 15400054 | |
ZEM2S cell line | ATCC | CRL-2147 | This cell line was kindly donated by Professor Dr. Michael J. Carvan (University of Wisconsin, Milwaukee, USA) |
ZFL cell line | BCRJ | 256 |