CBT 期刊 | 与多能干细胞检测平台兼容用于小分子化合物在发育和生殖方面毒性检测的自动化高通量检测平台

        在药物研发过程中,必须在临床前早期阶段对化合物进行毒副作用的评估。例如某些药物对胎儿生理发育有影响,常可引起生长迟滞和胎儿畸形,所以对这类药物进行毒副作用的评估就显得十分重要。经济合作和发展组织(OECD)实验指南设定的动物试验标准极高,其中收录了大量可以引起胚胎时期胎儿畸形的外源性化合物及其靶标器官,这也是要进行药物毒副作用检测的原因。OECD 指南十分强调耗时且昂贵的体内试验,所用试验动物多为哺乳动物,例如大鼠和兔子等。出于伦理和经济的原因,找到可以检测是否化合物对哺乳动物生殖和发育有毒副作用的新方法十分必要。

        2020 年 6 月 2 日,Cell Biology and Toxicology 杂志在线发表了 德国  Ole Pless  教授团队 的最新成果 “An automated and high-throughput-screening compatible pluripotent stem cell-based test platform for developmental and reproductive toxicity assessment of small molecule compounds”[6] (  点击文末  “阅读原文”  下载 PDF 全文  )。



         胚胎干细胞检测(EST)是目前唯一合法有效且被接受可用于化合物在发育和生殖方面毒性检测以及分类的体外系统。但是目前 EST 还没有得到广泛应用,特别是在药物研发过程中 EST 还没有得到常规的使用。EST 的几个缺点限制了候选药物以 EST 的方式进行大规模筛选:试验周期长,使用非同物种生存活性试验,蛋白标志物表达分析的低通量和试验过程本身和自动化兼容程度低等。


         因此在本项研究中作者及其团队把多项进展引入到 EST 进程中:减少试验检测的时间,引入同物种生存活性试验,用流式细胞术和高内涵图像系统评价小分子物质对标志蛋白分化能力的影响。最重要的是,试验流程的关键步骤可以与自动化系统的 96 孔板兼容,从而可以实现同时对多种化合物的检测。此外,作者及其团队还通过检测一系列人们熟知的胚胎毒素(包含了几乎所有不同毒性程度的化学性胚胎毒素)对二代 EST 的预测功能进行了大量的调查研究。

         由于进行了如上一系列巨大的改进,新增的检测流程呈现出基本的敏感性,表现为更加快速,重复性强,具有高通量可兼容的筛查能力,并实现了通过体外的试验数据对体内的、与发育相关药物毒性进行预测。本项研究的成果为二代 EST 的工业化应用铺平了道路。


         总之,作者及其团队重新改进完成了 ECVAM 认证的 EST 系统,实现了时间短,同物种生存活性检测模式,极高质量蛋白标志物的常规流程化检测。最重要的是实现了检测流程关键步骤的自动化(包括细胞接种,培养基更换,化合物稀释和加药,活性检测,EB transfer 等),使用了流式细胞术和高内涵等分子和功能检测的设备。此外本项研究还表明本检测流程可以用于人工诱导的多能干细胞及同源参考细胞系的检测,还为个体化毒性研究提供了新的途径。        

  

[阅读原文]

https://www.springer.com/journal/10565

References

1. Buesen R, Genschow E, Slawik B, Visan A, Spielmann H, Luch A, et al. Embryonic stem cell test remastered: comparison between the validated EST and the new molecular facs-EST for assessing developmental toxicity in vitro. Toxicol Sci: An Official Journal of the Society of Toxicology. 2009;108(2):389–400.

2. Chen R, Chen J, Cheng S, Qin J, Li W, Zhang L, et al. Assessment of embryotoxicity of compounds in cosmetics by the embryonic stem cell test. Toxicol Mech Methods. 2010;20(3):112–8.

3. de Jong E, Louisse J, Verwei M, Blaauboer BJ, van de Sandt JJ, Woutersen RA, et al. Relative developmental toxicity of glycol ether alkoxy acid metabolites in the embryonic stem cell test as compared with the in vivo potency of their parent compounds. Toxicol Sci: An Official Journal of the Society of Toxicology. 2009;110(1):117–24.

4. Di Guglielmo C, Lopez DR, De Lapuente J, Mallafre JM, Suarez MB. Embryotoxicity of cobalt ferrite and gold nanoparticles: a first in vitro approach. Reprod Toxicol. 2010;30(2):271–6.

5. Doetschman TC, Eistetter H, Katz M, SchmidtW, Kemler R. The in vitro development of blastocyst-derived embryonic stem cell lines: formation of visceral yolk sac, blood islands and myocardium. J Embryol Exp Morpholog. 1985;87:27–45.

6. Gesa Witt,Oliver Keminer,Jennifer Leu,Rashmi Tandon,InaMeiser,Anne Willing, et al. An automated and high-throughput-screening compatible pluripotent stem cell-based test platform for developmental and reproductive toxicity assessment of small molecule compounds. Cell Biol Toxicol. 2020; https://doi.org/10.1007/s10565-020-09538-0.

 

  

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