超高检测速度的光栅型酶标仪实时监测三维心脏组织的钙流变化

香港伯齐科技有限公司2015-07-13

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任何一种新药在批准上市前都需要进行大规模的安全测试，新药开发商不仅需要证明他们的药物对治疗疾病有积极的作用，而且还要证明对人的总体健康没有危害。具有潜力的候选药物在进行人体测试前，需要进行大量的临床前检测来估计服药后可能带来的潜在副作用。虽然在实验动物中的检测结果可以用于预计药物的副作用，但是与人类相比，动物模型对药物的响应可能并不相同。研究人员一直在寻找一种合适的体外检测系统，能够尽可能的模拟人体组织或器官在体内生理状态下对药物的响应。

传统的体外检测方法使用二维培养细胞作为测试对象，然而，越来越多的研究表明，从三维培养细胞获得的数据更接近从体内组织获得的数据，而且可以减少由二维培养系统产生的误导性结果（如假阳性或假阴性结果）。

工程化的心脏组织（EHTs）是由人类诱导多能干细胞（iPSC）分化而来的心肌细胞装配而成的三维心脏组织，具有与人类心肌相似的自发搏动频率，非常适合作为分析化合物诱导的心脏毒性的模型系统^[1]。化合物引起的心脏毒性往往反映在心肌细胞钙离子流动的改变，因此，检测钙流的改变是分析候选药物潜在副作用的常用方法。

目前专门检测钙流的工具都非常昂贵，德国BMG LABTECH公司最新一代光栅型多功能酶标仪CLARIOstar可以检测胞质钙离子指示剂Fluo-4荧光强度的快速改变（每秒100个数据点或每0.01秒1个数据点），可用于定量地检测瞬时的钙流变化，是新一代理想的高性价比钙流检测工具。

	A.显示的是用CLARIOstar检测工程化三维心肌组织（EHTs）的钙流结果，随着心肌组织的节律性收缩，钙离子指示剂Fluo-4的荧光强度呈现出周期性的变化。

B.是将10次心肌收缩的钙流改变重叠的结果，可以看出CLARIOstar的重复性非常好。

C.是将10次钙流改变平均后的结果，与直接从人类心肌组织得到的检测结果非常相似^[2]。

Fig.1:Calcium (Ca²⁺)transient measurements using iPSC derived 3D heart tissue and Fluo-4. (A)CLARIOstar microplate reader captures periodic Ca²⁺-transients that induce cardiac contractions. (B)Overlapping 10 Ca²⁺-transients of each single cardiac twitch. (C) An average profile of Ca²⁺-transient (bar=standard error).

超高的检测速度（每秒100个数据点）和灵敏度使得CLARIOstar成为检测药物引起的钙流变化的理想工具，Fig.2展示了4种化合物对EHTs钙流的影响，西沙必利（Cisapride）和毒胡萝卜素（Thapsigargin）是已知的不会引起钙流变化的化合物，从图中可以看出即使是高浓度也不会引起EHTs钙流的改变；而另外两个已知的可以引起钙流改变的化合物E4031和硝苯地平（Nifedipine），我们可以看到明显的浓度依赖的钙流改变。这些结果说明 CLARIOstar可以定量地检测瞬时的钙流变化，结合工程化的三维心肌组织（EHTs），可以作为早期的药物心脏毒性筛选工具。

Fig. 2: Calcium Transient Profiles. Human EHTs were treated with increasing concentrations of Cispride, E4031, Nifedipine, and Thapsigargin.

CLARIOstar是一款德国制造的高品质多功能酶标仪，其超高的检测速度不仅可以应用于钙流检测，对于酶学反应等快速动力学检测也同样出色。此外，CLARIOstar作为最新一代的光栅型酶标仪，其独一无二的线性渐变滤光片（LVF）光栅（Fig.3），将光栅的灵活性和滤光片的灵敏度完美融合，实现了酶标仪的革命性突破，在药筛和科研领域受到广泛的认可和欢迎。

[1] Lam, V. and T. Wakatsuki, Hydrogel Tissue Construct-Based High-Content Compound Screening. Journal of Biomolecular Screening, 2011. 16(1): p. 120-128.
[2] Effect of inotropic interventions on contraction and Ca²⁺ transients in the human heart, ed. K. Brixius, et al. Vol. 83. 1997. 652-660.