在活细胞中连续监测通路信号
药物反应会随着暴露和撤药变化,单次终点检测只能记录其中一个时刻。德国海德堡大学(Heidelberg University)等团队在 Archives of Toxicology 报道灌流芯片,将活细胞报告基因检测与实时成像结合,连续观察处理过程。
模型使用 HEK293 STF 报告细胞,以萤火虫荧光素酶信号反映 Wnt/β-连环蛋白(β-catenin)通路反应。检测在细胞继续培养时进行,无需为了每次测量裂解细胞,因此同一细胞群体可接受连续或重复处理。
团队把芯片放入带控温设施的发光成像设备,在 37 °C 灌流培养。培养液加入 HEPES 缓冲剂,适应设备内没有外部二氧化碳供应的条件;药物和荧光素酶底物随培养液进入芯片。
持续暴露显示不同的信号持续时间
第一组实验连续灌流 6 天,测试氯化锂(LiCl)2、5 和 10 mM。2 与 5 mM 未出现显著的信号倍数变化;10 mM 在最初 3 小时开始升高,约 26 小时达到较高水平,随后数天逐渐回落。
另一化合物 E738 是靛玉红衍生物,可抑制糖原合成酶激酶 3(glycogen synthase kinase 3,GSK-3)。研究采用 0.1、0.5 和 1 μM,观察到浓度相关的荧光素酶反应,其较强信号持续时间长于氯化锂条件。
两种化合物都被用于促进 Wnt 通路反应,但连续记录显示它们的变化过程不同。氯化锂在持续暴露时的信号回落,以及 E738 更持久的反应,是这套实时检测直接提供的信息。
重复给药显示两种化合物的起效与滞后
团队进一步设置两类 24 小时循环:先给药 6 小时、随后无药灌流 18 小时;或先无药灌流 6 小时、随后给药 18 小时。每次切换条件时先提高流速,加快培养液交换,再恢复较低流速。
10 mM 氯化锂处理时,信号升高大体与给药时间对应。18 小时给药的信号持续时间更长,停止给药后,信号随无药灌流逐渐下降。
图 1 所列 E738 浓度为 1 μM,其信号变化较慢。6 小时给药条件下,第一轮信号峰值在撤药数小时后出现;18 小时给药时,升高主要发生在给药阶段,但仍较氯化锂滞后。重复撤药后,信号可在无药阶段维持数小时,随后降低。
再次加入药物后,细胞仍可产生新的报告信号。芯片由此记录了重复暴露后的通路反应,以及撤药后信号维持的时间。

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报告信号强度影响系统适用范围
这项研究主要用 HEK293 STF 与两种通路调节化合物验证装置。作者指出,其他启动子驱动的报告细胞可能产生更弱发光,需要更灵敏的相机或光电倍增检测。
连续记录呈现了信号升高、回落及再次诱导的过程。在这套 HEK293 STF 报告系统中,改变给药与撤药时程,可以比较同一细胞群体的动态反应。