细胞毒性

   细胞毒性检测通常需借助显微镜和酶标仪观察结果,只能间接反映随时间变化的死亡细胞数量。常规方法操作繁琐,只能观察实验结果,那么有什么新方法可以弥补这种不足呢?


   本文将介绍一种新方法——使用活细胞成像分析系统,置于培养箱内实时动态成像,监测细胞变化情况。我们分析了新方法对比常用方法的优势同时列举了几篇活细胞成像分析系统应用在细胞毒性方向的文章,新方法获得了科研人员的认可,在细胞毒性实验中被广泛使用。
   细胞毒性是指某种物质对细胞造成损伤的程度,可造成细胞损伤或死亡的物质或过程即为“有细胞毒性的”。细胞毒性检测实验可用于衡量细胞毒性化合物引起细胞损伤或细胞死亡的能力。研究者可通过细胞存活率或融合度体现细胞活力的变化,反映某种物质对细胞的毒性作用。

         细胞毒性检测主要是根据细胞膜通透性的改变来进行的检测,常用以下几种方法。

1. MTT法



         活细胞线粒体中的琥珀酸脱氢酶能使外源性MTT还原为水不溶性的蓝紫色结晶甲瓒(Formazan)并沉积在细胞中,而死细胞无此功能。

              简易流程:

              1. 细胞接种到培养板培养适当时间,经过特定药物处理后继续孵育。

              2. 每孔加入MTT溶液。继续孵育,加DMSO,使结晶物充分溶解。

              3. 通过在490nm波长处检测样本吸光值,间接反映活细胞数量,判断细胞毒性。

              不足:工作量大,且溶解甲瓒的有机溶剂有毒性,对细胞造成损伤。

2. CCK-8法



   CCK-8试剂中含有WST–8,可以被线粒体内的一些脱氢酶还原生成橙黄色的Formazan。用酶标仪在450nm波长处测定其光吸收值,可间接反映活细胞数量。

      简易流程:

              1. 细胞接种到培养板培养适当时间,经过特定药物处理后继续孵育。

              2. CCK-8溶液但没有加入细胞的孔作为空白对照。

              3. 在细胞培养箱内继续孵育0.5h,用酶标仪在450nm测定吸光度,间接反应活细胞数量,判断细胞毒性。


              不足:CCK-8价格较贵,且试剂颜色为淡红色,与含酚红的培养基颜色接近,操作过程中容易多加或漏加。

3. LDH(乳酸脱氢酶)法



         LDH存在于正常细胞的胞质中,当细胞膜受损时LDH被释放到细胞外。LDH催化乳酸形成丙酮酸盐,和INT(四唑盐类)反应形成紫色的结晶物质可通过酶标仪进行检测。研究者通过检测从质膜破裂的细胞中释放到培养液中的LDH的活性,可以实现对细胞毒性的定量分析。



              简易流程:

              1细胞接种到培养板培养适当时间,经过特定药物处理后继续孵育。

              2在预定的检测时间点前向样本对照孔加入LDH释放试剂,吹打混匀后继续在培养箱中培养。

              3到达预期时间后,对细胞样本离心取上清液,加入适量LDH检测工作液,吹打混匀后室温避光孵育半小时,在490nm处测定吸光度。


         上述常见的细胞毒性检测方法,需频繁将细胞拿出培养箱,操作较为繁琐,且只能得到最终实验结果,无法查看细胞毒性完整过程,个别试剂会对细胞结构造成影响。耗时、耗力、实验成功率不能保证,最终影响实验效率。

        


        那么,有什么新工具可以弥补这些不足,助力细胞毒性实验呢?

        

         奎克泰生物的JuLI™系列实时活细胞成像分析仪能够放置于培养箱内,对细胞实时观察、拍摄记录生长周期的全过程,在保持细胞生长环境稳定的情况下,同时对细胞计数、拍照,形成视频、融合度、生长曲线,提供细胞毒性过程视频和量化结果。此外,JuLI™ Stage活细胞成像分析系统具有全自动X-Y-Z轴三色荧光自动/手动对焦Z-Stack图像拼接等功能实现细胞毒性过程中的实时监测和无损成像通过明场/荧光细胞图像基于图像分析软件,鉴定细胞形态变化。

图1. JuLI™系列放置于培养箱中

         研究者可以预先设定好拍摄参数,通过延时摄影监测细胞形态变化,提供细胞毒性量化结果。

特点
方法

需染色,且使用的有机溶剂有毒,结果单一

MTT法

CCK-8法

需染色,试剂价格较贵,结果单一

LDH(乳酸脱氢酶)法

步骤繁琐,结果单一

可长期放置于培养箱,保证细胞稳定生长环境,

操作简单,省时省力

新方法-活细胞成像分析系统

         上述常见的细胞毒性检测方法,需频繁将细胞拿出培养箱,操作较为繁琐,且只能得到最终实验结果,无法查看细胞毒性完整过程,个别试剂会对细胞结构造成影响。耗时、耗力、实验成功率不能保证,最终影响实验效率。

         以下来自世界各地知名机构发布的2篇文章,均为使用JuLI™系列活细胞成像分析系统做的细胞毒性实验。

         1. 捷克科学院生物技术研究所BIOCEV研究中心的研究人员《Cancer Research发表题为“Targeting Mitochondrial Iron Metabolism Suppresses Tumor Growth and Metastasis by Inducing Mitochondrial Dysfunction and Mitophagy”的文章,用JuLI™ FL荧光活细胞分析仪分析化合物在48h内对细胞活力的影响。使用JuLI™ FL PC软件对结果进行分析,并以汇合度随时间变化的百分比显示。

        











         2. 韩国中央大学化学工程与材料科学学院的研究人员在《Scientific Reports》发表题为' In vitro blood cell viability profiling  of polymers used in molecular  assembly '的文章。研究人员将PBMC细胞与不同类型LBL薄膜共培养24h后,通过台盼蓝染色检测细胞存活率确定LBL薄膜对细胞的毒害作用。

       










       




图2. DFO化合物对细胞活力的影响

图3. 厚度分别为30和100 nm的四种LbL膜对PBMC的细胞毒作用

             参考文献

             [1]  Sandoval-Acuña C, Torrealba N, Tomkova V, Jadhav SB, Blazkova K, Merta L, Lettlova S, Adamcová MK, Rosel D, Brábek J, Neuzil J, Stursa J, Werner L, Truksa J. Targeting Mitochondrial Iron                            Metabolism Suppresses Tumor Growth and Metastasis by Inducing Mitochondrial Dysfunction and Mitophagy. Cancer Res. 2021 May 1;81(9):2289-2303. (IF11.2)

             [2] Jeong H, Hwang J, Lee H, Hammond PT, Choi J, Hong J. In vitro blood cell viability profiling of polymers used in molecular assembly. Sci Rep. 2017 Aug 25;7(1):9481.(IF4.6)