基于自動(dòng)化成像的iPSC衍生神經(jīng)元高通量神經(jīng)毒性評(píng)價(jià)方法
神經(jīng)毒性研究：守護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)健康的防線
在快速發(fā)展的醫(yī)學(xué)與生物學(xué)領(lǐng)域，神經(jīng)毒性研究因其廣泛的潛在影響而備受矚目，主要應(yīng)用于環(huán)境科學(xué)、藥物研發(fā)、食品安全等多個(gè)領(lǐng)域，旨在評(píng)估各類化學(xué)物質(zhì)、藥物或環(huán)境因素對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)可能造成的負(fù)面影響：
神經(jīng)毒性研究：從傳統(tǒng)到創(chuàng)新的跨越
傳統(tǒng)神經(jīng)毒性研究方法多依賴于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞培養(yǎng)觀察，雖然這些方法在一定程度上揭示了神經(jīng)毒性的基本機(jī)制，但存在成本高、周期長(zhǎng)和通量低等局限性。近年來(lái)，隨著生物技術(shù)的飛速發(fā)展，高通量篩選、基因編輯及自動(dòng)化成像等創(chuàng)新技術(shù)逐漸應(yīng)用于神經(jīng)毒性研究領(lǐng)域，極大地提高了研究的效率與準(zhǔn)確性。
安捷倫 BioTek 自動(dòng)化成像系統(tǒng)：神經(jīng)毒性研究的新利器
在本月更新的應(yīng)用說(shuō)明中，安捷倫開發(fā)了一種簡(jiǎn)單、快速且可靠的高通量評(píng)估方法，用該方法利用 iPSC 衍生的神經(jīng)元作為模型，通過(guò)鈣黃綠素 AM 標(biāo)記活細(xì)胞，結(jié)合自動(dòng)化成像與分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)元形態(tài)與活力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，高效地量化神經(jīng)細(xì)胞的存活率和神經(jīng)突生長(zhǎng)情況。
圖 1. 實(shí)驗(yàn)流程及時(shí)間安排。將神經(jīng)元接種至 384 孔板中，約 3 小時(shí)后添加待測(cè)藥物。藥物暴露 48 小時(shí)后，添加活細(xì)胞染料，并使用安捷倫 BioTek Lionheart FX 自動(dòng)化顯微鏡或者 Cytation進(jìn)行成像。隨后，通過(guò)BioTek Gen5 軟件結(jié)合神經(jīng)突生長(zhǎng)模塊對(duì)成像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像分析，以評(píng)估細(xì)胞活力與神經(jīng)元生長(zhǎng)情況。此外，劑量反應(yīng)分析能夠自動(dòng)量化不同化合物及其濃度條件下的細(xì)胞活力和生長(zhǎng)測(cè)量值。
實(shí)驗(yàn)中，我們針對(duì) 15 種具有不同作用機(jī)制的潛在神經(jīng)毒物，在 48 小時(shí)藥物暴露后，對(duì)其可能產(chǎn)生的影響進(jìn)行了評(píng)估，并通過(guò)劑量依賴性的 EC/IC50 分析，進(jìn)一步量化了這些化合物對(duì)神經(jīng)元活性和形態(tài)特征（如神經(jīng)突長(zhǎng)度、分支數(shù)量等）的具體影響。
圖 3. 劑量依賴性的神經(jīng)突生長(zhǎng)與存活率分析及 Z 分?jǐn)?shù)。(A) 鈣黃綠素 AM 標(biāo)記的 iPSC 衍生神經(jīng)元，用不同濃度的十字孢堿處理。軟件識(shí)別并標(biāo)記神經(jīng)元胞體（黃色）和神經(jīng)突（青色）。(B) 至 (E) 展示了十字孢堿處理對(duì)胞體數(shù)量 （B）、神經(jīng)突長(zhǎng)度 (C)、神經(jīng)突分支 (D) 及神經(jīng)突數(shù)量 (E) 等生長(zhǎng)形態(tài)特征的劑量反應(yīng)曲線。(F) 十字孢堿濃度范圍內(nèi)繪制的存活率和神經(jīng)元形態(tài)指標(biāo)的 Z 分?jǐn)?shù)。Z 分?jǐn)?shù)在 -2.3 至 2.3 之間（灰色高亮）的處理組被認(rèn)為與對(duì)照組無(wú)顯著差異。
圖 4. 抑制神經(jīng)突生長(zhǎng)的神經(jīng)毒性處理。A 至 H 上部為添加標(biāo)記的細(xì)胞圖像：神經(jīng)元胞體（黃色）和神經(jīng)突骨架（青色）。A 至 H下部為每種處理的存活率和神經(jīng)元形態(tài)參數(shù)的劑量-反應(yīng)分析，包括胞體計(jì)數(shù)（存活率，紅色）、神經(jīng)突長(zhǎng)度（綠色）、神經(jīng)突分支（藍(lán)色）以及每個(gè)細(xì)胞的神經(jīng)突數(shù)量（神經(jīng)突計(jì)數(shù)，粉色）
圖 5. 通過(guò)圖像和劑量反應(yīng)分析，展示了四種不影響神經(jīng)突生長(zhǎng)的神經(jīng)毒性處理對(duì)神經(jīng)元存活率和形態(tài)（包括胞體數(shù)量、神經(jīng)突起長(zhǎng)度、分支及數(shù)量）的影響，并通過(guò) Z 分?jǐn)?shù)和 EC/IC50 值進(jìn)行了量化。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該方法能夠準(zhǔn)確區(qū)分不同濃度神經(jīng)毒素處理下神經(jīng)元的形態(tài)變化與活力狀態(tài)。通過(guò)劑量-效應(yīng)關(guān)系分析，研究人員能夠直觀地觀察到神經(jīng)毒素對(duì)神經(jīng)元生長(zhǎng)與活性的抑制作用，并據(jù)此評(píng)估化合物的神經(jīng)毒性潛力。此外，該方法還展現(xiàn)出良好的重現(xiàn)性與普適性，適用于多種神經(jīng)元模型與神經(jīng)毒素的篩選研究。
研究方法亮點(diǎn)：
高效標(biāo)記與成像：
鈣黃綠素 AM 能夠迅速穿透細(xì)胞膜，對(duì)活細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記，無(wú)需復(fù)雜的預(yù)處理步驟，大大縮短了實(shí)驗(yàn)周期。同時(shí)，安捷倫 BioTek Lionheart FX 自動(dòng)化顯微鏡和 Cytation 細(xì)胞成像多功能微孔板檢測(cè)系統(tǒng)具備寬視野成像能力，能夠一次性捕獲大量細(xì)胞圖像，提高數(shù)據(jù)通量。
精準(zhǔn)量化分析：
Gen5 神經(jīng)突生長(zhǎng)模塊內(nèi)置了優(yōu)化的圖像分析算法，能夠自動(dòng)識(shí)別并量化神經(jīng)元的形態(tài)參數(shù)，如神經(jīng)突長(zhǎng)度、分支數(shù)量等，為神經(jīng)毒性評(píng)估提供了客觀、量化的指標(biāo)。
多通道熒光成像：
除了鈣黃綠素 AM 外，該系統(tǒng)還支持多種熒光標(biāo)記物的同時(shí)成像，如死細(xì)胞標(biāo)記物 eTox Red 等，進(jìn)一步豐富了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的維度與深度。
高通量與自動(dòng)化：
借助 384 孔板，能夠規(guī)�；赝七M(jìn)神經(jīng)毒性與藥物篩選工作。在這一過(guò)程中，15 種待測(cè)物質(zhì)得以同步處理與監(jiān)測(cè)，不僅大幅提升了實(shí)驗(yàn)效率，而且確保了所有實(shí)驗(yàn)條件完全一致，從而顯著增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可比較性和可靠性。
借助高通量自動(dòng)化顯微鏡技術(shù)，神經(jīng)毒性研究方法實(shí)現(xiàn)了規(guī)�；c高度重復(fù)性，確保了研究的可行性和高效性。
相關(guān)產(chǎn)品：
Cytation 5 細(xì)胞成像多功能微孔板檢測(cè)系統(tǒng)
關(guān)于安捷倫細(xì)胞分析
安捷倫細(xì)胞分析平臺(tái)包括xCELLigence RTCA實(shí)時(shí)細(xì)胞分析儀、NovoCyte系列流式細(xì)胞儀、Seahorse能量代謝分析儀以及Synergy系列微孔板檢測(cè)儀和Cytation 系列（共聚焦）細(xì)胞成像多功能微孔板檢測(cè)儀。安捷倫細(xì)胞分析平臺(tái)聚焦基礎(chǔ)科研與細(xì)胞與基因治療產(chǎn)品的開發(fā)全流程，作為適配新一代療法的強(qiáng)大分析工具，提供多方位的細(xì)胞效力檢測(cè)和深度的細(xì)胞分析，并致力于研發(fā)、生產(chǎn)質(zhì)控以及臨床的全方位檢測(cè)與分析方案開發(fā)。
在快速發(fā)展的醫(yī)學(xué)與生物學(xué)領(lǐng)域，神經(jīng)毒性研究因其廣泛的潛在影響而備受矚目，主要應(yīng)用于環(huán)境科學(xué)、藥物研發(fā)、食品安全等多個(gè)領(lǐng)域，旨在評(píng)估各類化學(xué)物質(zhì)、藥物或環(huán)境因素對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)可能造成的負(fù)面影響：
- 環(huán)境科學(xué)：評(píng)估污染物對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的潛在危害
- 藥物研發(fā)：確保新藥安全性，篩選低神經(jīng)毒性藥物
- 食品安全：揭示食品中可能存在的有害成分
神經(jīng)毒性研究：從傳統(tǒng)到創(chuàng)新的跨越
傳統(tǒng)神經(jīng)毒性研究方法多依賴于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞培養(yǎng)觀察，雖然這些方法在一定程度上揭示了神經(jīng)毒性的基本機(jī)制，但存在成本高、周期長(zhǎng)和通量低等局限性。近年來(lái)，隨著生物技術(shù)的飛速發(fā)展，高通量篩選、基因編輯及自動(dòng)化成像等創(chuàng)新技術(shù)逐漸應(yīng)用于神經(jīng)毒性研究領(lǐng)域，極大地提高了研究的效率與準(zhǔn)確性。
安捷倫 BioTek 自動(dòng)化成像系統(tǒng)：神經(jīng)毒性研究的新利器
在本月更新的應(yīng)用說(shuō)明中，安捷倫開發(fā)了一種簡(jiǎn)單、快速且可靠的高通量評(píng)估方法，用該方法利用 iPSC 衍生的神經(jīng)元作為模型，通過(guò)鈣黃綠素 AM 標(biāo)記活細(xì)胞，結(jié)合自動(dòng)化成像與分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)元形態(tài)與活力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，高效地量化神經(jīng)細(xì)胞的存活率和神經(jīng)突生長(zhǎng)情況。
實(shí)驗(yàn)中，我們針對(duì) 15 種具有不同作用機(jī)制的潛在神經(jīng)毒物，在 48 小時(shí)藥物暴露后，對(duì)其可能產(chǎn)生的影響進(jìn)行了評(píng)估，并通過(guò)劑量依賴性的 EC/IC50 分析，進(jìn)一步量化了這些化合物對(duì)神經(jīng)元活性和形態(tài)特征（如神經(jīng)突長(zhǎng)度、分支數(shù)量等）的具體影響。
圖 2. 預(yù)實(shí)驗(yàn)：熒光素 AM 方法用于細(xì)胞活力及神經(jīng)突生長(zhǎng)檢測(cè)的驗(yàn)證。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該方法能夠準(zhǔn)確區(qū)分不同濃度神經(jīng)毒素處理下神經(jīng)元的形態(tài)變化與活力狀態(tài)。通過(guò)劑量-效應(yīng)關(guān)系分析，研究人員能夠直觀地觀察到神經(jīng)毒素對(duì)神經(jīng)元生長(zhǎng)與活性的抑制作用，并據(jù)此評(píng)估化合物的神經(jīng)毒性潛力。此外，該方法還展現(xiàn)出良好的重現(xiàn)性與普適性，適用于多種神經(jīng)元模型與神經(jīng)毒素的篩選研究。
研究方法亮點(diǎn)：
高效標(biāo)記與成像：
鈣黃綠素 AM 能夠迅速穿透細(xì)胞膜，對(duì)活細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記，無(wú)需復(fù)雜的預(yù)處理步驟，大大縮短了實(shí)驗(yàn)周期。同時(shí)，安捷倫 BioTek Lionheart FX 自動(dòng)化顯微鏡和 Cytation 細(xì)胞成像多功能微孔板檢測(cè)系統(tǒng)具備寬視野成像能力，能夠一次性捕獲大量細(xì)胞圖像，提高數(shù)據(jù)通量。
精準(zhǔn)量化分析：
Gen5 神經(jīng)突生長(zhǎng)模塊內(nèi)置了優(yōu)化的圖像分析算法，能夠自動(dòng)識(shí)別并量化神經(jīng)元的形態(tài)參數(shù)，如神經(jīng)突長(zhǎng)度、分支數(shù)量等，為神經(jīng)毒性評(píng)估提供了客觀、量化的指標(biāo)。
多通道熒光成像：
除了鈣黃綠素 AM 外，該系統(tǒng)還支持多種熒光標(biāo)記物的同時(shí)成像，如死細(xì)胞標(biāo)記物 eTox Red 等，進(jìn)一步豐富了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的維度與深度。
高通量與自動(dòng)化：
借助 384 孔板，能夠規(guī)�；赝七M(jìn)神經(jīng)毒性與藥物篩選工作。在這一過(guò)程中，15 種待測(cè)物質(zhì)得以同步處理與監(jiān)測(cè)，不僅大幅提升了實(shí)驗(yàn)效率，而且確保了所有實(shí)驗(yàn)條件完全一致，從而顯著增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可比較性和可靠性。
借助高通量自動(dòng)化顯微鏡技術(shù)，神經(jīng)毒性研究方法實(shí)現(xiàn)了規(guī)�；c高度重復(fù)性，確保了研究的可行性和高效性。
相關(guān)產(chǎn)品：
Cytation 5 細(xì)胞成像多功能微孔板檢測(cè)系統(tǒng)
關(guān)于安捷倫細(xì)胞分析
安捷倫細(xì)胞分析平臺(tái)包括xCELLigence RTCA實(shí)時(shí)細(xì)胞分析儀、NovoCyte系列流式細(xì)胞儀、Seahorse能量代謝分析儀以及Synergy系列微孔板檢測(cè)儀和Cytation 系列（共聚焦）細(xì)胞成像多功能微孔板檢測(cè)儀。安捷倫細(xì)胞分析平臺(tái)聚焦基礎(chǔ)科研與細(xì)胞與基因治療產(chǎn)品的開發(fā)全流程，作為適配新一代療法的強(qiáng)大分析工具，提供多方位的細(xì)胞效力檢測(cè)和深度的細(xì)胞分析，并致力于研發(fā)、生產(chǎn)質(zhì)控以及臨床的全方位檢測(cè)與分析方案開發(fā)。
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