前言
基于细胞的化合物筛选模型已变的越来越复杂，以展示生物系统的复杂性。活细胞成像和三维模型为活细胞的结构和细胞过程提供了有价值的见解。最近在开发代表人类不同种类组织的复杂类器官模型方面有了很大的进展，其中包括肝脏、胰腺、神经和心肌组织。心肌细胞球能够在体外环境下收缩并且可对不同调控因子的影响作出反应。这里，我们将介绍一种包括成像和分析的实验方法，此方法可用于监测体外心肌细胞球的跳动及其跳动模式特征。
在研究心肌细胞毒性的案例中，实时观察到心肌细胞的跳动行为将使科学家们通过使用透射光、相差和荧光成像方式从单一实验中获得多参数结果。在药物研发的早期阶段筛选化合物毒性，能够大大节约后期药物对心血管副作用导致药物研发失败所产生的成本。
这促使了开发生物相关的、高通量、高内涵筛选工具如心肌细胞球。
高内涵筛选产生出大量需要快速和自动化分析的数据。SoftMax® Pro 软件的数据导入功能可以让您分析任何科学数据，包括高内涵成像系统 ( 图1 ) 的数据。通过将基于图像的荧光强度数据导入 SoftMax Pro 软件中，我们能够诠释和定量一系列心肌毒性化合物处理后的心肌细胞球跳动模式。
优势
- 分析数据来自实验图像
- 利用 SoftMax Pro Peak Pro 分析算法快速量化心肌细胞跳动模式
- 使用同一个软件系统即可对导入的其他任何科研仪器获得的原始数据进行分析
材料和方法
大鼠心肌微组织球 (InSphero AG, Switzerland) 培养于 96 孔 GravityTRAPTM (InSphero AG) 检测板中。先用钙离子染料 (EarlyTox® Cardiotoxicity Kit，#R8210，Molecular Devices) 处理细胞球 2 小时，再加入DMSO、0.1 μM 异丙 ( 去甲 ) 肾上腺素、0.1 μM 心得安、1 μM 异搏定、1 μM 西沙必利或 1 μM 利多卡因处理 30 分钟。处理后的细胞球在 ImageXpress® MicroXLS 系统下以 10x 放大倍数成像，使用 timeLapse 模式每秒拍摄 10 次，共300个时间点，此成像系统是一款全自动宽场(1x-100x) 显微镜，能够对固定或活细胞、组织和小型器官进行荧光、透射光和相差成像。
Time-lapse 图像通过 MetaXpress® 高内涵图像采集和分析软件对荧光强度 (FI) 进行测定并定量。动态 FI 数据导出到 Microsoft Excel， 整理成基于 Excel 的导入模板，然后再导入到 SoftMax Pro v6.4.2 中。利用预设的心肌细胞跳动 i3 ( 高级 ) 模板分析数据，此模板可在 www.softmaxpro.com中下载，自动计算出 14 个峰的特点：峰计数、峰频率、峰的振幅、平均峰宽度和标准偏差、平均峰值上升时间和标准偏差、平均峰值衰减时间和标准偏差、平均峰间距和标准偏差、平均峰底宽度和标准偏差以及峰的规律。
结果
在这一研究中，取自 InSphero 的大鼠心肌微组织的跳动细胞球用一系列心肌毒性化合物处理并由 EarlyTox Cardiotoxicity 试剂盒测定，此试剂盒包含钙离子敏感染料用以检测与心肌细胞收缩有关的细胞质钙浓 度 变 化 。 处理后的心肌细胞球Time-lapse 图像通过 ImageXpress MicroXLS 采集以观察其跳动行为 ( 图2 )。荧光强度波动结果通过基于 Excel 的导入功能模板导入到 SoftMax Pro v6.4.2 中用以定量峰参数和化合物对心肌跳动的影响 ( 图3a )。与对照相比，异丙 ( 去甲 ) 肾上腺素处理的心肌细胞球跳动频率增加而心得安、西沙比利和利多卡因处理的心肌细胞球则降低。另外，在降低频率的化合物中，西沙比利可以打乱心肌细胞球的跳动模式。
维拉帕米，一种钙离子通道阻滞药，用它处理心肌细胞球，可抑制钙信号 ( 图 3b 和4 )。综上所述，这些结果是与之前的研究完全一致的5,6。
结论
使用生物学相关的、基于细胞的模型进行高内涵和高通量心肌毒性筛选测定可以大大减少药物研发早期对心肌毒性药物发现的时间。为了保持高通量和高内涵筛选测定的效率，就需要同样快速的数据分析。SoftMax Pro 的导入功能可用于 SoftMaxPro v6.4.1 或更高版本，能够分析从包括成像系统、实时 PCR 系统、非 Molecular Devices 公司的读板机、闪烁计数器等多种科研仪器采集到的微孔板格式数据。基于 Excel 和基于 XML 的两种导入选择，提供了一系列自动化功能，从手动导入到全自动数据导入和分析。另外，Peak Pro 软件算法和预设模板可以专门用于对多个峰的波动数据如心肌细胞和心肌细胞球跳动进行定量，SoftMax Pro 的方程系统和 Syntax Helper 可以帮助获得您需要的结果包括 IC50 曲线和条件通过 /失败的结果。自定义的模板可以重复使用，确保无论数据来源如何都能进行有效和一致的分析。
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