פרוטוקול זה מציג מבחני ציטוטוקסיות נפוצים (Alamar Blue [AB], CFDA-AM, Neutral Red ו-MTT assays) המותאמים להערכת ציטוטוקסיות בעוברים של דגי זברה (ZEM2S) ובקווי תאי כבד (ZFL) בלוחות של 96 בארות.
קווי תאי דגים הפכו יותר ויותר בשימוש במחקרי רעילות אקולוגית, ומבחני ציטוטוקסיות הוצעו כשיטות לחיזוי רעילות חריפה של דגים. לפיכך, פרוטוקול זה מציג מבחני ציטוטוקסיות ששונו כדי להעריך את כדאיות התא בדגי זברה (Danio rerio), עובר (ZEM2S) וקווי תאי כבד (ZFL) בלוחות 96 בארות. נקודות הקצה של ציטוטוקסיות שהוערכו הן שלמות מיטוכונדריאלית (מבחני Alamar Blue [AB] ו-MTT), שלמות הממברנה באמצעות פעילות אסטראז (בדיקת CFDA-AM), ושלמות הממברנה הליזוזומלית (בדיקת אדום נייטרלי [NR]). לאחר חשיפת חומרי הבדיקה בצלחת 96 בארות, מבוצעות בדיקות ציטוטוקסיות; כאן, AB ו- CFDA-AM מתבצעים בו זמנית, ואחריו NR על אותה צלחת, בעוד בדיקת MTT מבוצעת על צלחת נפרדת. הקריאות עבור בדיקות אלה נלקחות על ידי פלואורסצנטיות עבור AB ו- CFDA-AM, וספיגה עבור MTT ו- NR. ניתן להשתמש במבחני ציטוטוקסיות המבוצעים עם קווי תאי דגים אלה כדי לחקור את הרעילות החריפה של חומרים כימיים על דגים.
חומרים כימיים צריכים להיבדק לגבי בטיחותם לבריאות האדם והסביבה. סמנים ביולוגיים מולקולריים ותאיים נלקחים בחשבון יותר ויותר בהערכות בטיחות כדי לחזות השפעות על אורגניזמים חיים על ידי סוכנויות רגולטוריות ו / או חקיקה (למשל, REACH, OECD, US EPA)1,2, שכן הם יכולים להקדים את התוצאה השלילית in vivo (למשל, הפרעה אנדוקרינית, תגובה חיסונית, רעילות חריפה, פוטוטוקסיות)3,4,5,6,7 . בהקשר זה, ציטוטוקסיות נלקחה כמדד לחיזוי רעילות חריפהשל דגים 5,8; עם זאת, יכולים להיות לה יישומים רבים אחרים במחקרי רעילות אקולוגית, כגון הגדרת ריכוזים תת-ציטוטוקסיים של חומרים כימיים כדי לחקור את מערך ההשפעות המגוון ביותר שלהם על דגים (למשל, השפעות משבשות אנדוקריניות).
במערכות תרבית תאים (מערכות במבחנה ), ציטוטוקסיות של חומרים כימיים יכולה להיקבע על ידי שיטות שונות בסוגי נקודות הקצה. לדוגמה, שיטה ציטוטוקסית יכולה להתבסס על נקודת קצה הקשורה למורפולוגיה ספציפית שנצפתה במהלך תהליך המוות של התא, בעוד ששיטה אחרת יכולה לקבוע ציטוטוקסיות על ידי מדידת מוות תאי, כדאיות ופונקציונליות, מורפולוגיה, מטבוליזם של אנרגיה והתקשרות תאים והתפשטות. חומרים כימיים יכולים להשפיע על כדאיות התא באמצעות מנגנונים שונים, ולכן הערכת ציטוטוקסיות המכסה נקודות קצה שונות של כדאיות התא נחוצה כדי לחזות השפעות כימיות9.
MTT ו- Alamar Blue (AB) הם מבחנים הקובעים את ההשפעות על כדאיות התא בהתבסס על פעילות מטבולית של תאים. בדיקת MTT מעריכה את הפעילות של האנזים המיטוכונדריאלי סוקצינאט דהידרוגנאז10. ההפחתה של 3-[4,5-dimethylthiazol-2yl]-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) לכחול formazan מתרחשת רק בתאים בני קיימא, והצפיפות האופטית שלו עומדת ביחס ישר למספר התאים הקיימים10. בדיקת AB היא אינדיקטור רגיש להפחתת חמצון, המתווך על ידי אנזימים מיטוכונדריאליים המפליאים ומשנים את צבעם בעת הפחתת רזזורין לרסורופין על ידי תאים חיים11; עם זאת, אנזימים ציטוסוליים ומיקרוזומליים תורמים גם הם להפחתת AB ו- MTT12. אנזימים אלה עשויים לכלול מספר רדוקטאזים, כגון אלכוהול ואלדהיד אוקסידוקטאז, NAD(P)H: quinone oxidoreductase, flavin reductase, NADH dehydrogenase, ו cytochromes11.
בדיקת אדום נייטרלי (NR) היא בדיקת כדאיות תאים המבוססת על שילוב צבע זה בליזוזומים של תאים בני קיימא13. ספיגת NR תלויה ביכולת התאים לשמור על שיפועי pH. שיפוע הפרוטון בתוך הליזוזומים שומר על pH נמוך יותר מהציטופלסמה. ב-pH פיזיולוגי תקין, ה-NR מציג מטען נטו של כאפס, המאפשר לו לחדור לקרומי התא. לכן, הצבע הופך טעון ונשמר בתוך הליזוזומים. כתוצאה מכך, ככל שכמות ה-NR השמור גדולה יותר, כך גדל מספר התאים בני הקיימא14. חומרים כימיים הפוגעים בפני השטח של התא או בקרומים הליזוזומליים פוגעים בספיגה של צבע זה.
בדיקת CFDA-AM היא בדיקת כדאיות תאים פלואורומטרית המבוססת על שימור 5-carboxyfluorescein diacetate acetoxymethyl ester (CFDA-AM)15. 5-CFDA-AM, מצע אסטראז, מומר לקרבוקסיפלואורסצאין, חומר פלואורסצנטי שהוא קוטבי ובלתי חדיר על ידי ממברנות של תאים חיים15; לכן, הוא נשמר בצד הפנימי של קרום התא שלם, המציין תאים קיימא.
לאחרונה, שלוש בדיקות ציטוטוקסיות (CFDA-AM, NR ו- AB assays) שולבו בהנחיית ISO (ארגון התקינה הבינלאומי) מאומתת (ISO 21115:2019)16 ובשיטת הבדיקה של OECD (הארגון לשיתוף פעולה ופיתוח כלכלי) (OECD TG 249) להערכת רעילות חריפה של דגים באמצעות קו התאים RTgill-W1 (קו תאים קבוע מפורל הקשת [Oncorhynchus mykiss] gill) בצלחות 24 בארות17 . למרות שקיימת שיטה מבוססת תאים לחיזוי רעילות חריפה של דגים, הושקעו מאמצים בפיתוח שיטות דומות עם מיני דגים אחרים ובהגדלת התפוקה של השיטה. כמה דוגמאות כוללות פיתוח של קווי תאי ZFL הנגועים בגנים של כתב עבור מסלולי רעילות ספציפיים18,19, בדיקות פוטוטוקסיות בקו תאי RTgill-W120, והשימוש בקווי תאים ZFL ו- ZF4 (פיברובלסטי של דגי זברה שמקורם בעוברים בני יום אחד) כדי להעריך רעילות על ידי מספר בדיקות ציטוטוקסיות21.
דג זברה (Danio rerio) הוא אחד ממיני הדגים העיקריים המשמשים בחקר רעילות ימית; לכן, שיטות מבוססות תאים עם שורות תאים של דגי זברה לבדיקת רעילות דגים עשויות להיות שימושיות ביותר. קו תאי ZFL הוא קו תאי הפטוציטים אפיתל של דג זברה המציג את המאפיינים העיקריים של תאים פרנכימליים בכבד ויכול לעכל קסנוביוטיקה 7,22,23,24,25. בינתיים, קו התאים ZEM2S הוא קו תאים פיברובלסטי עוברי של דג זברה הנגזר משלב הבלסטולה שניתן להשתמש בו כדי לחקור השפעות התפתחותיות על דגים26,27. לפיכך, פרוטוקול זה מתאר ארבע בדיקות ציטוטוקסיות (מבחני MTT, AB, NR ו- CFDA-AM), עם שינויים שיש לבצע עם קווי תאים ZFL ו- ZEM2S בלוחות 96 בארות.
מבחני ציטוטוקסיות נמצאים בשימוש נרחב להערכת רעילות חוץ גופית, ומאמר פרוטוקול זה מציג ארבע בדיקות ציטוטוקסיות נפוצות ששונו לביצוע בשורות תאים של דגי זברה (כלומר, צפיפות תאים עבור צלחת 96 בארות, זמן דגירה במבחן MTT, דלדול FBS במהלך מצב החשיפה לכימיקלים, וריכוז מרבי מקובל עבור SC). מכיוון שבדי…
The authors have nothing to disclose.
לזכרו של ד”ר מרסיו לורנצ’יני, מחבר שותף של עבודה זו, חוקר מעולה בתחום הקוסמטיקה ומוקדש לקידום המחקר הקוסמטי בברזיל. המחברים אסירי תודה למעבדה מרובת המשתמשים במחלקה לפיזיולוגיה (UFPR) על זמינות הציוד ועל התמיכה הכספית של התיאום לשיפור כוח האדם להשכלה גבוהה (CAPES, ברזיל) (קוד כספים 001) ו- 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 |