前言

基于細胞的化合物篩選模型已變的越來越復雜，以展示生物系統(tǒng)的復雜性。活細胞成像和三維模型為活細胞的結(jié)構(gòu)和細胞過程提供了有價值的見解。最近在開發(fā)代表人類不同種類組織的復雜類器官模型方面有了很大的進展，其中包括肝臟、胰腺、神經(jīng)和心肌組織。心肌細胞球能夠在體外環(huán)境下收縮并且可對不同調(diào)控因子的影響作出反應。這里，我們將介紹一種包括成像和分析的實驗方法，此方法可用于監(jiān)測體外心肌細胞球的跳動及其跳動模式特征。

在研究心肌細胞毒性的案例中，實時觀察到心肌細胞的跳動行為將使科學家們通過使用透射光、相差和熒光成像方式從單一實驗中獲得多參數(shù)結(jié)果。在藥物研發(fā)的早期階段篩選化合物毒性，能夠大大節(jié)約后期藥物對心血管副作用導致藥物研發(fā)失敗所產(chǎn)生的成本。

這促使了開發(fā)生物相關(guān)的、高通量、高內(nèi)涵篩選工具如心肌細胞球。

高內(nèi)涵篩選產(chǎn)生出大量需要快速和自動化分析的數(shù)據(jù)。SoftMax® Pro 軟件的數(shù)據(jù)導入功能可以讓您分析任何科學數(shù)據(jù)，包括高內(nèi)涵成像系統(tǒng) ( 圖1 ) 的數(shù)據(jù)。通過將基于圖像的熒光強度數(shù)據(jù)導入 SoftMax Pro 軟件中，我們能夠詮釋和定量一系列心肌毒性化合物處理后的心肌細胞球跳動模式。

優(yōu)勢

- 分析數(shù)據(jù)來自實驗圖像
- 利用 SoftMax Pro Peak Pro 分析算法快速量化心肌細胞跳動模式
- 使用同一個軟件系統(tǒng)即可對導入的其他任何科研儀器獲得的原始數(shù)據(jù)進行分析

材料和方法

大鼠心肌微組織球 (InSphero AG, Switzerland) 培養(yǎng)于 96 孔 GravityTRAP^TM (InSphero AG) 檢測板中。先用鈣離子染料 (EarlyTox® Cardiotoxicity Kit，#R8210，Molecular Devices) 處理細胞球 2 小時，再加入DMSO、0.1 μM 異丙 ( 去甲 ) 腎上腺素、0.1 μM 心得安、1 μM 異搏定、1 μM 西沙必利或 1 μM 利多卡因處理 30 分鐘。處理后的細胞球在 ImageXpress® MicroXLS 系統(tǒng)下以 10x 放大倍數(shù)成像，使用 timeLapse 模式每秒拍攝 10 次，共300個時間點，此成像系統(tǒng)是一款全自動寬場(1x-100x) 顯微鏡，能夠?qū)�固定或活細胞、組織和小型器官進行熒光、透射光和相差成像。

Time-lapse 圖像通過 MetaXpress® 高內(nèi)涵圖像采集和分析軟件對熒光強度 (FI) 進行測定并定量。動態(tài) FI 數(shù)據(jù)導出到 Microsoft Excel， 整理成基于 Excel 的導入模板，然后再導入到 SoftMax Pro v6.4.2 中。利用預設(shè)的心肌細胞跳動 i3 ( 高級 ) 模板分析數(shù)據(jù)，此模板可在 中下載，自動計算出 14 個峰的特點：峰計數(shù)、峰頻率、峰的振幅、平均峰寬度和標準偏差、平均峰值上升時間和標準偏差、平均峰值衰減時間和標準偏差、平均峰間距和標準偏差、平均峰底寬度和標準偏差以及峰的規(guī)律。

結(jié)果

在這一研究中，取自 InSphero 的大鼠心肌微組織的跳動細胞球用一系列心肌毒性化合物處理并由 EarlyTox Cardiotoxicity 試劑盒測定，此試劑盒包含鈣離子敏感染料用以檢測與心肌細胞收縮有關(guān)的細胞質(zhì)鈣濃 度 變 化 。 處理后的心肌細胞球Time-lapse 圖像通過 ImageXpress MicroXLS 采集以觀察其跳動行為 ( 圖2 )。熒光強度波動結(jié)果通過基于 Excel 的導入功能模板導入到 SoftMax Pro v6.4.2 中用以定量峰參數(shù)和化合物對心肌跳動的影響 ( 圖3a )。與對照相比，異丙 ( 去甲 ) 腎上腺素處理的心肌細胞球跳動頻率增加而心得安、西沙比利和利多卡因處理的心肌細胞球則降低。另外，在降低頻率的化合物中，西沙比利可以打亂心肌細胞球的跳動模式。

維拉帕米，一種鈣離子通道阻滯藥，用它處理心肌細胞球，可抑制鈣信號 ( 圖 3b 和4 )。綜上所述，這些結(jié)果是與之前的研究完全一致的^5,6。

結(jié)論

使用生物學相關(guān)的、基于細胞的模型進行高內(nèi)涵和高通量心肌毒性篩選測定可以大大減少藥物研發(fā)早期對心肌毒性藥物發(fā)現(xiàn)的時間。為了保持高通量和高內(nèi)涵篩選測定的效率，就需要同樣快速的數(shù)據(jù)分析。SoftMax Pro 的導入功能可用于 SoftMaxPro v6.4.1 或更高版本，能夠分析從包括成像系統(tǒng)、實時 PCR 系統(tǒng)、非 Molecular Devices 公司的讀板機、閃爍計數(shù)器等多種科研儀器采集到的微孔板格式數(shù)據(jù)。基于 Excel 和基于 XML 的兩種導入選擇，提供了一系列自動化功能，從手動導入到全自動數(shù)據(jù)導入和分析。另外，Peak Pro 軟件算法和預設(shè)模板可以專門用于對多個峰的波動數(shù)據(jù)如心肌細胞和心肌細胞球跳動進行定量，SoftMax Pro 的方程系統(tǒng)和 Syntax Helper 可以幫助獲得您需要的結(jié)果包括 IC₅₀ 曲線和條件通過 /失敗的結(jié)果。自定義的模板可以重復使用，確保無論數(shù)據(jù)來源如何都能進行有效和一致的分析。

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