神經(jīng)毒性研究評估：活細(xì)胞成像系統(tǒng)在神經(jīng)突延時成像中的應(yīng)用

神經(jīng)毒性（Neurotoxicity，NT）是指外來化學(xué)物引起神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或功能的損害。這種損害可以發(fā)生在生命周期的各個階段，其表現(xiàn)形式多樣且可能隨年齡而有所不同。發(fā)育中的神經(jīng)系統(tǒng)對某些類型的損害尤為敏感，但是這些早期損害可能在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育成熟后或成年后才表現(xiàn)出來。

神經(jīng)毒性是許多藥物或化合物常見的毒副作用，因此在新藥研發(fā)早期要進(jìn)行神經(jīng)毒性篩選。目前為止，用于研究和評估藥物神經(jīng)毒性的體外模型已經(jīng)涵蓋了多樣化的體系，包括但不限于直接從生物體中分離培養(yǎng)的原代神經(jīng)細(xì)胞、能夠穩(wěn)定傳代并保留一定神經(jīng)特性的神經(jīng)細(xì)胞系、通過特定條件誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞分化來模擬神經(jīng)發(fā)育過程的模型，以及旨在更貼近生理環(huán)境的三維細(xì)胞中培養(yǎng)模型等。

神經(jīng)毒性評價是一個復(fù)雜而多維的體系，旨在全面評估化學(xué)物質(zhì)、藥物或其他因素對神經(jīng)系統(tǒng)的影響。
 

1. 細(xì)胞毒性評價：通過觀察化學(xué)物對神經(jīng)細(xì)胞系或原代細(xì)胞的生長、增殖、存活等生物學(xué)特性的影響，評估其細(xì)胞毒性。常用的評價指標(biāo)包括細(xì)胞存活率、細(xì)胞形態(tài)變化、細(xì)胞凋亡率等。一般細(xì)胞毒性指標(biāo)檢測包括①亞細(xì)胞組分的功能、代謝和完整性的檢測，②生理學(xué)指標(biāo)測定，③細(xì)胞保留標(biāo)記物質(zhì)能力的檢測，④細(xì)胞排除標(biāo)記物質(zhì)能力的檢測。但是僅以一般細(xì)胞毒性指標(biāo)進(jìn)行神經(jīng)毒性評價是不夠的，往往需要多個指標(biāo)同時展開驗(yàn)證。
 

2. 神經(jīng)軸突生長評價：神經(jīng)軸突是神經(jīng)元之間信息傳遞的重要結(jié)構(gòu)。通過觀察化學(xué)物對神經(jīng)軸突生長的影響，可以評估其對神經(jīng)系統(tǒng)功能的潛在影響。神經(jīng)軸突正常生長標(biāo)志著細(xì)胞狀態(tài)良好，而藥物或化合物的添加可能會影響神經(jīng)軸突的正常生長從而產(chǎn)生軸突病變情況。如異氟醚、氯胺酮等麻醉藥，以及中樞神經(jīng)抑制藥、興奮藥等，都可能通過影響神經(jīng)遞質(zhì)的釋放、神經(jīng)元的興奮性和神經(jīng)元的凋亡，從而間接影響神經(jīng)軸突的生長。常用的評價方法包括神經(jīng)軸突長度測量、神經(jīng)突觸形成觀察等。
 

3. 神經(jīng)遞質(zhì)水平檢測：神經(jīng)遞質(zhì)在神經(jīng)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。通過檢測化學(xué)物對神經(jīng)遞質(zhì)合成、釋放、再攝取等過程的影響，可以評估其對神經(jīng)系統(tǒng)功能的干擾程度。常用的檢測方法包括高效液相色譜法（HPLC）、放射免疫分析法（RIA）等。
 

4. 神經(jīng)電生理評價：神經(jīng)電生理技術(shù)是評估神經(jīng)系統(tǒng)功能的重要手段之一。通過記錄神經(jīng)細(xì)胞或組織在電刺激下的反應(yīng)，可以評估化學(xué)物對神經(jīng)系統(tǒng)興奮性和傳導(dǎo)性的影響。
 

5. 分子生物學(xué)評價：分子生物學(xué)技術(shù)可以從基因和蛋白質(zhì)水平揭示化學(xué)物對神經(jīng)系統(tǒng)的毒性機(jī)制。通過檢測化學(xué)物對神經(jīng)相關(guān)基因表達(dá)、蛋白質(zhì)合成和修飾等過程的影響，可以深入了解其毒性作用機(jī)制。常用的分子生物學(xué)評價方法包括RT-PCR、Western blot、基因芯片等。
 

JuLI™ Stage活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)助力神經(jīng)毒性研究
 

奎克泰生物的JuLI™系列實(shí)時活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)能夠?yàn)樯窠?jīng)突毒性方向相關(guān)實(shí)驗(yàn)提供所需要的工具。JuLI™系列實(shí)時活細(xì)胞成像分析儀能夠放置于培養(yǎng)箱內(nèi)，對細(xì)胞實(shí)時觀察、拍攝記錄生長周期的全過程，在保持細(xì)胞生長環(huán)境穩(wěn)定的情況下，實(shí)時觀察，延時記錄，全面呈現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞培養(yǎng)情況，獲取大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。此外，JuLI™ Stage活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)具有全自動X-Y-Z軸、三色熒光、自動/手動對焦、Z-Stack、圖像拼接等功能，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞生長過程中的實(shí)時監(jiān)測和無損成像，通過明場/熒光細(xì)胞圖像，基于圖像分析軟件，鑒定細(xì)胞形態(tài)特征。
 

圖1 JuLI™ Stage置于培養(yǎng)箱示意圖


圖2 JuLI™ Stage配備的3個軟件及對應(yīng)軟件下的具體功能（拍攝/編輯/分析軟件）

JuLI™ Stage應(yīng)用文獻(xiàn)案例

來自美國國立衛(wèi)生研究院的研究人員在《Annals of Neurology》期刊發(fā)表名為“Human Endogenous Retrovirus K Envelope in Spinal Fluid of Amyotrophic Lateral Sclerosis Is Toxic”的文章。在這篇文章中，將穩(wěn)定表達(dá)tdTomato熒光蛋白的人神經(jīng)元細(xì)胞接種到 96 孔板中，用不同濃度的重組HML-2 Env蛋白處理神經(jīng)元。使用JuLI™ Stage活細(xì)胞成像儀對樣本進(jìn)行延時攝影，共拍攝84h。根據(jù)間隔12小時拍攝的圖片得出結(jié)論，神經(jīng)元和神經(jīng)突聚集情況被K01阻止，同型對照抗體組仍會出現(xiàn)神經(jīng)突聚集。
 

圖3 神經(jīng)突聚集情況實(shí)時監(jiān)測

參考文獻(xiàn)：

[1] Steiner JP, Bachani M, Malik N, DeMarino C, Li W, Sampson K, Lee MH, Kowalak J, Bhaskar M, Doucet-O'Hare T, Garcia-Montojo M, Cowen M, Smith B, Reoma LB, Medina J, Brunel J, Pierquin J, Charvet B, Perron H, Nath A. Human Endogenous Retrovirus K Envelope in Spinal Fluid of Amyotrophic Lateral Sclerosis Is Toxic. Ann Neurol. 2022 Oct;92(4):545-561.