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成果名称 一种新型药物心脏毒性筛选多孔板的开发
所属领域 生物医药
成果所属成员单位名称 北京大学
技术关键词 细胞牵引力、药物心脏毒性、高通量
市场应用关键词 食品药品检测
成果或技术描述 一、产品设计背景与研究现状: 在机体内,绝大部分细胞的存活和生长都需要依赖于细胞与细胞外基质之间的连接和相互作用,细胞牵引力是指细胞与周围环境之间的相互作用力,细胞的粘附、铺展和迁移等行为都是通过细胞牵引力驱动的,这种作用力由细胞骨架与 细胞外基质通过黏着斑相互作用来实现。很多重要的生理活动,如胚胎发育、伤口愈合和免疫反应,都涉及细胞牵引力的作用,此外,在肿瘤迁移等病理过程中,细胞牵引力也发挥着重要的作用。所以,细胞牵引力的测量对于更好地从细胞和分子基质层面理解细胞与组织的生理病理过程非常重要 1.细胞牵引力显微镜的研究进展 在过去的几十年间,已经有不少学者开发了细胞牵引力的测量方法,如基于微电子机械系统的测量方法、基于微悬臂梁阵列的测量方法、基于硅树脂薄膜测量方法和基于聚丙烯酰胺凝胶的牵引力显微镜测量方法等。前几种方法因为装置制作复杂、测量精度不高、试验成本昂贵等原因已经很少应用,目前细胞牵引力显微镜成为了研究细胞粘附、迁移和运动过程中最常用的细胞力学测量方法之一,因为在基于聚丙稀酰胺凝胶的测量方法中,实验材料的制作步骤对实验室条件的要求不高,所以很容易在大部分实验室应用。20 世纪 90 年代, Dembo、Wang 等人开发出基于聚丙烯酰胺凝胶基底的细胞牵引力测量方法,并将其称作“细胞牵引力显微镜方法”(Dembo and Wang, 1999),其主要设计是,用将荧光颗粒均匀分布在聚丙烯酰胺水凝胶中,由于细胞运动、粘附与解离等过程中会引起的凝胶基底的形变,进而引起荧光颗粒的位移变化,通过荧光显微镜拍摄这个过程中荧光颗粒发生变化的图像,并利用数字相关图像方法、傅里叶变换等方式反演出细胞牵引力。该材料的弹性容易由丙烯酰胺和甲叉双丙烯酰胺的浓度来控制,此外,该材料的多孔性提供了比固体基底更为具有生理性的环境,所以之后的细胞力学研究中被广泛应用。因为大多数细胞无法直接粘附在聚丙烯酰胺材料上,一些化学方法已被开发用 ECM 蛋白涂覆在基底表面,并且可以通过促进这种基底的机械相互作用由涂覆的 ECM 或相关蛋白介导的 近年来,牵引力显微镜也得到了长足的发展和改进,包括实验方法稳定性的提高、计算精度的提高等。但是该方法也有一些缺陷,例如荧光颗粒容易脱落和沉降、长时间培养观测过程中凝胶容易脱落、细胞培养制作通量较低等问题。 2.药物心脏毒性的检测方法 心脏毒性是引起新药研发中临床试验失败的主要因素之一,其中很多药物由于具有引起心脏跳动中获得性 QT 间期延长综合症(LQTS)的副作用而被迫中止试验(Shah, 2010; Dykens, et al., 2007)。LQTS 会引起严重的心律失常(Torsadede Pointes,TdP),这将增加急性心脏疾病致死风险(Fermini and Fossa, 2003)。为了减少药物心脏毒性事件的发生,美国食品药品监督管理局(FDA)和很多药物研发企业都制定了临床前心肌细胞毒性实验的相关规范,但是每年仍有不少药物撤回案例发生(Van Noord, et al., 2011)。导致心脏毒性引起的药物研发失败的原因有很多,检测方法的便捷性和准确性极大的影响了药物筛选的效率,此外,缺乏能够准确、全面进行药物心脏毒性筛选的临床前实验体系也是很重要的一方面。目前常用的检测方法包括膜片钳技术、微电极阵列技术、钙离子荧光探针技术和基于阻抗的测量技术等,其中前几种方法的局限性主要包括只能对单细 胞进行操作、对细胞活性有一定的伤害、不适用于成片层心肌细胞的测试以及长时间动态观测等。基于阻抗的测量技术由于其检测方式的高通量和快速性正在被越来越多的药厂和实验室应用,其原理是当贴壁生长在微电极表面的细胞引起贴壁电极界面阻抗的改变时,这种改变与细胞的实时状态改变呈相关性,通过对阻抗值的实时检测从而获得与细胞生理功能相关的生物信息,包括细胞生长、伸展、形态变化、死亡和贴壁等。但是该方法测试成本非常昂贵,且无法得到心肌细胞收缩力和收缩功等更全面地收缩评价指标。
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机构名称 北京北达燕园微构分析测试中心有限公司
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