測(cè)量化學(xué)化合物對(duì)不同類型細(xì)胞的毒性作用對(duì)于開發(fā)必須能夠殺死其靶細(xì)胞的抗癌藥物至關(guān)重要。細(xì)胞存活分析也是環(huán)境監(jiān)管等領(lǐng)域的重要任務(wù)，用于測(cè)試工業(yè)和農(nóng)業(yè)化學(xué)品對(duì)健康細(xì)胞可能產(chǎn)生的有害影響。麻省理工學(xué)院的生物工程師現(xiàn)在設(shè)計(jì)了一種新的毒性測(cè)試，可以測(cè)量化學(xué)物質(zhì)對(duì)細(xì)胞存活的影響，其靈敏度遠(yuǎn)高于目前使用的一些最流行的測(cè)試。它也比金標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試快得多，后者沒有被廣泛使用，因?yàn)樗枰獌傻饺懿拍墚a(chǎn)生結(jié)果。因此，新的測(cè)試可以幫助制藥公司和學(xué)術(shù)研究人員更快地識(shí)別和評(píng)估新藥。

巨噬細(xì)胞來(lái)源的Slit3控制周圍神經(jīng)橋中的細(xì)胞遷移和軸突尋路“細(xì)胞毒性檢測(cè)是生命科學(xué)中最常用的檢測(cè)方法之一，”麻省理工學(xué)院生物工程教授，該研究的高級(jí)作者Bevin Engelward說(shuō)。Le Ngo，前麻省理工學(xué)院研究生和博士后，是該論文的主要作者，該論文發(fā)表在2月5日的Cell Reports上。其他作者包括Tze Khee Chan，他是新加坡 - 麻省理工學(xué)院研究與技術(shù)聯(lián)盟(SMART)的前研究生; Jing Ge，前麻省理工學(xué)院研究生; 和Leona Samson，Ngo的聯(lián)合顧問(wèn)和麻省理工學(xué)院生物工程學(xué)教授。

衡量生存

用于測(cè)量細(xì)胞存活的傳統(tǒng)測(cè)試，稱為集落形成測(cè)定，涉及在將細(xì)胞暴露于化學(xué)化合物或另一種有害物質(zhì)如輻射后，在組織培養(yǎng)皿中培養(yǎng)細(xì)胞集落兩到三周。然后，研究人員計(jì)算菌落數(shù)，以確定處理如何影響細(xì)胞的存活。

恩格爾沃德這項(xiàng)研究的動(dòng)機(jī)之一就是對(duì)她作為研究生計(jì)算這些殖民地的漫長(zhǎng)時(shí)間的記憶。

“計(jì)算真的很費(fèi)力而且非常困難，因?yàn)槟悴坏貌唤?jīng)常判斷殖民地和碎片是什么，”她說(shuō)。“很少有人使用菌落形成試驗(yàn)，因?yàn)樗茈y，太慢，并且需要大量的細(xì)胞生長(zhǎng)培養(yǎng)基，所以你需要大量的化合物進(jìn)行測(cè)試。”

近年來(lái)，科學(xué)家們開始使用其他方法，這些方法比集落形成試驗(yàn)更快但不那么準(zhǔn)確和敏感。這些測(cè)試不直接測(cè)量細(xì)胞生長(zhǎng)，而是分析線粒體功能。

Engelward及其同事開始開展一項(xiàng)測(cè)試，該測(cè)試可在短短幾天內(nèi)產(chǎn)生結(jié)果，同時(shí)仍能與集落形成測(cè)定的準(zhǔn)確性和靈敏度相匹配。他們發(fā)明的系統(tǒng)，他們稱之為MicroColonyChip，由板上的小孔組成。將經(jīng)處理和未經(jīng)處理的細(xì)胞置于這些孔中并開始以網(wǎng)格圖案形成非常小的菌落。在短短的幾天內(nèi)，在肉眼可見菌落之前，研究人員可以使用顯微鏡對(duì)細(xì)胞的DNA進(jìn)行成像，這些DNA被熒光標(biāo)記。

通過(guò)修改最初由前麻省理工學(xué)院博士后David Wood和麻省理工學(xué)院教授Sangeeta Bhatia開發(fā)的代碼，研究人員創(chuàng)建了一個(gè)軟件程序，測(cè)量每個(gè)孔中的熒光DNA量，然后計(jì)算出細(xì)胞生長(zhǎng)的程度。通過(guò)比較處理和未處理細(xì)胞的生長(zhǎng)，研究人員可以確定他們正在研究的任何化合物的毒性。

“我們有一個(gè)自動(dòng)掃描系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行熒光成像，之后，圖像分析完全自動(dòng)化，”Ngo說(shuō)。

研究人員將他們的新測(cè)試與金標(biāo)準(zhǔn)集落形成測(cè)定進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)結(jié)果難以區(qū)分。他們還能夠精確地再現(xiàn)20年前使用集落形成測(cè)定法收集的γ輻射對(duì)人淋巴母細(xì)胞樣細(xì)胞影響的數(shù)據(jù)。使用MicroColonyChip，研究人員在三天內(nèi)獲得了他們的數(shù)據(jù)，而不是三周。

“我們能夠重現(xiàn)20年前的輻射研究，使用的過(guò)程比他們做的更容易，”Engelward說(shuō)。

靈敏度更高

研究人員還將他們的新測(cè)試與研究人員和制藥公司最常用的兩種毒性測(cè)試進(jìn)行了比較，稱為XTT和CellTiter-Glo(CTG)。這兩項(xiàng)測(cè)試都是細(xì)胞活力的間接測(cè)量：XTT測(cè)量細(xì)胞分解四唑的能力，這是細(xì)胞代謝的關(guān)鍵步驟，CTG測(cè)量ATP的細(xì)胞內(nèi)水平，即細(xì)胞用來(lái)儲(chǔ)存能量的分子。

“MicroColonyChip比XTT測(cè)定靈敏得多，因此它確實(shí)能讓你看到細(xì)胞存活的細(xì)微變化，它與CTG測(cè)定一樣敏感，同時(shí)對(duì)人工制品更加健壯，”Engelward說(shuō)。

研究人員利用這項(xiàng)新測(cè)試檢測(cè)了兩種用于化療的DNA損傷藥物的效果，發(fā)現(xiàn)它們可以準(zhǔn)確地再現(xiàn)使用傳統(tǒng)集落形成試驗(yàn)獲得的結(jié)果。“我們現(xiàn)在計(jì)劃擴(kuò)大這些研究，以期證明該測(cè)試適用于更多類型的藥物和細(xì)胞，”Ngo說(shuō)。

Engelward說(shuō)，除了對(duì)藥物開發(fā)有用外，該測(cè)試還可能對(duì)負(fù)責(zé)測(cè)試化合物潛在有害影響的環(huán)境監(jiān)管機(jī)構(gòu)有所幫助。另一種可能的應(yīng)用是個(gè)性化醫(yī)療，在選擇治療之前，它可用于測(cè)試患者細(xì)胞上的各種藥物。