Dit protocol presenteert veelgebruikte cytotoxiciteitstests (Alamar Blue [AB], CFDA-AM, Neutral Red en MTT-assays) aangepast voor de beoordeling van cytotoxiciteit in zebravisembryo’s (ZEM2S) en lever (ZFL) cellijnen in 96-well platen.
Viscellijnen worden steeds vaker gebruikt in ecotoxiciteitsstudies en cytotoxiciteitstests zijn voorgesteld als methoden om acute toxiciteit van vissen te voorspellen. Dit protocol presenteert dus cytotoxiciteitstests die zijn aangepast om de levensvatbaarheid van cellen te evalueren in zebravis (Danio rerio) embryo (ZEM2S) en lever (ZFL) cellijnen in 96-well platen. De geëvalueerde cytotoxiciteitseindpunten zijn mitochondriale integriteit (Alamar Blue [AB] en MTT-assays), membraanintegriteit via esterase-activiteit (CFDA-AM-assay) en lysosomale membraanintegriteit (Neutral Red [NR] assay). Na de blootstelling van de teststoffen in een plaat met 96 putten worden de cytotoxiciteitstests uitgevoerd; hier worden AB en CFDA-AM gelijktijdig uitgevoerd, gevolgd door NR op dezelfde plaat, terwijl de MTT-test op een afzonderlijke plaat wordt uitgevoerd. De uitlezingen voor deze testen worden genomen door fluorescentie voor AB en CFDA-AM, en absorptie voor MTT en NR. De cytotoxiciteitstests die met deze viscellijnen worden uitgevoerd, kunnen worden gebruikt om de acute toxiciteit van chemische stoffen op vissen te bestuderen.
Chemische stoffen moeten worden getest op hun veiligheid voor de menselijke gezondheid en het milieu. Moleculaire en cellulaire biomarkers worden in toenemende mate overwogen in veiligheidsbeoordelingen om effecten op levende organismen te voorspellen door regelgevende instanties en/of wetgevingen (bijv. REACH, OESO, US EPA)1,2, omdat ze kunnen voorafgaan aan de in vivo nadelige uitkomst (bijv. endocriene verstoring, immunologische respons, acute toxiciteit, fototoxiciteit)3,4,5,6,7 . In deze context is cytotoxiciteit als een meting genomen om de acute toxiciteit bij vissente voorspellen 5,8; Het kan echter vele andere toepassingen hebben in ecotoxiciteitsstudies, zoals het definiëren van subcytotoxische concentraties van chemische stoffen om hun meest uiteenlopende reeks effecten op vissen te bestuderen (bijv. Hormoonontregelende effecten).
In celkweeksystemen (in vitro systemen) kan de cytotoxiciteit van chemische stoffen worden bepaald door methoden die verschillen in de soorten eindpunten. Een cytotoxiciteitsmethode kan bijvoorbeeld worden gebaseerd op een eindpunt dat verband houdt met specifieke morfologie die wordt waargenomen tijdens het celdoodproces, terwijl een andere cytotoxiciteit kan bepalen door de meting van celdood, levensvatbaarheid en functionaliteit, morfologie, energiemetabolisme en celaanhechting en -proliferatie. Chemische stoffen kunnen de levensvatbaarheid van cellen beïnvloeden via verschillende mechanismen, dus cytotoxiciteitsbeoordeling met betrekking tot verschillende eindpunten van de levensvatbaarheid van cellen is noodzakelijk om chemische effectente voorspellen 9.
MTT en Alamar Blue (AB) zijn testen die effecten op de levensvatbaarheid van cellen bepalen op basis van celstofwisselingsactiviteit. De MTT-test evalueert de activiteit van het mitochondriale enzym succinaatdehydrogenase10. De reductie van geelachtig 3-[4,5-dimethylthiazol-2yl]-2,5-difenyltetrazoliumbromide (MTT) tot formazanblauw komt alleen voor in levensvatbare cellen en de optische dichtheid is recht evenredig met het aantal levensvatbare cellen10. De AB-test is een gevoelige oxidatie-reductie-indicator, gemedieerd door mitochondriale enzymen die fluoresceren en van kleur veranderen bij het reduceren van resazurine tot resorufine door levende cellen11; cytosolische en microsomale enzymen dragen echter ook bij aan de reductie van AB en MTT12. Deze enzymen kunnen verschillende reductasen omvatten, zoals alcohol en aldehydeoxidoreductasen, NAD (P) H: chinonoxidoreductase, flavinereductase, NADH-dehydrogenase en cytochromen11.
De Neutral Red (NR) assay is een cel levensvatbaarheidstest gebaseerd op de opname van deze kleurstof in de lysosomen van levensvatbare cellen13. De opname van NR hangt af van het vermogen van de cellen om pH-gradiënten te behouden. De protongradiënt in de lysosomen handhaaft een pH lager dan het cytoplasma. Bij normale fysiologische pH presenteert de NR een nettolading van ongeveer nul, waardoor het celmembranen kan binnendringen. De kleurstof wordt dus geladen en wordt vastgehouden in de lysosomen. Bijgevolg, hoe groter de hoeveelheid behouden NR, hoe groter het aantal levensvatbare cellen14. Chemische stoffen die het celoppervlak of de lysosomale membranen beschadigen, belemmeren de opname van deze kleurstof.
De CFDA-AM-test is een fluorometrische levensvatbaarheidstest voor cellen op basis van de retentie van 5-carboxyfluoresceïnediacetaat acetoxymethylester (CFDA-AM)15. 5-CFDA-AM, een esterasesubstraat, wordt omgezet in carboxyfluoresceïne, een fluorescerende stof die polair en niet-permeabel is door membranen van levende cellen15; Het wordt dus vastgehouden in de binnenkant van een intact celmembraan, wat wijst op levensvatbare cellen.
Onlangs werden drie cytotoxiciteitstests (CFDA-AM, NR en AB-assays) gecombineerd in een gevalideerde ISO-richtlijn (International Organization for Standardization) (ISO 21115: 2019) 16 en OESO-testmethode (Organisatie voor Economische Samenwerking en Ontwikkeling) (OESO TG 249) om de acute toxiciteit van vissen te evalueren met behulp van de RTgill-W1-cellijn (permanente cellijn van regenboogforel [Oncorhynchus mykiss] kieuw) in 24-putplaten17 . Hoewel er een bestaande celgebaseerde methode is om de acute toxiciteit van vissen te voorspellen, zijn er inspanningen geleverd om vergelijkbare methoden met andere vissoorten te ontwikkelen en de doorvoer van de methode te vergroten. Enkele voorbeelden zijn de ontwikkeling van ZFL-cellijnen getransfecteerd met reportergenen voor specifieke toxiciteitsroutes18,19, fototoxiciteitstests in de RTgill-W1-cellijn 20 en het gebruik van ZFL- en ZF4-cellijnen (zebravisfibroblast afgeleid van embryo’s van 1 dag oud) om toxiciteit te beoordelen door middel van verschillende cytotoxiciteitstests21.
Danio rerio (zebravis) is een van de belangrijkste vissoorten die worden gebruikt in aquatische toxiciteitsstudies; Celgebaseerde methoden met zebraviscellijnen voor het testen van vistoxiciteit kunnen dus uiterst nuttig zijn. De ZFL-cellijn is een zebravisepitheelhepatocytencellijn die de belangrijkste kenmerken van leverparenchymale cellen presenteert en xenobiotica kan metaboliseren 7,22,23,24,25. Ondertussen is de ZEM2S-cellijn een embryonale zebravis fibroblastische cellijn afgeleid van het blastulastadium die kan worden gebruikt om ontwikkelingseffecten op vissen te onderzoeken26,27. Dit protocol beschrijft dus vier cytotoxiciteitstests (MTT-, AB-, NR- en CFDA-AM-assays), met modificaties die moeten worden uitgevoerd met ZFL- en ZEM2S-cellijnen in 96-putplaten.
Cytotoxiciteitstests worden veel gebruikt voor in vitro toxiciteitsevaluatie en dit protocolartikel presenteert vier veelgebruikte cytotoxiciteitstests die zijn aangepast om te worden uitgevoerd in zebraviscellijnen (d.w.z. celdichtheid voor 96-putplaat, incubatietijd in de MTT-test, FBS-depletie tijdens de chemische blootstellingsconditie en maximaal aanvaardbare concentratie voor de SC). Aangezien deze testen cytotoxiciteit kwantificeren door verschillende eindpunten van de levensvatbaarheid van cellen (metabo…
The authors have nothing to disclose.
Ter nagedachtenis aan Dr. Márcio Lorencini, een co-auteur van dit werk, een uitstekende onderzoeker op het gebied van cosmetica en toegewijd aan het bevorderen van cosmetisch onderzoek in Brazilië. De auteurs zijn dankbaar voor het Multi-user Laboratory in de afdeling Fysiologie (UFPR) voor de beschikbaarheid van apparatuur en voor de financiële steun van de Coördinatie voor de Verbetering van het Personeel van het Hoger Onderwijs (CAPES, Brazilië) (Finance Code 001) en de 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 |