基于自動化成像的iPSC衍生神經(jīng)元高通量神經(jīng)毒性評價方法
神經(jīng)毒性研究：守護神經(jīng)系統(tǒng)健康的防線
在快速發(fā)展的醫(yī)學與生物學領域，神經(jīng)毒性研究因其廣泛的潛在影響而備受矚目，主要應用于環(huán)境科學、藥物研發(fā)、食品安全等多個領域，旨在評估各類化學物質、藥物或環(huán)境因素對神經(jīng)系統(tǒng)可能造成的負面影響：
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物實驗和細胞培養(yǎng)觀察，雖然這些方法在一定程度上揭示了神經(jīng)毒性的基本機制，但存在成本高、周期長和通量低等局限性。近年來，隨著生物技術的飛速發(fā)展，高通量篩選、基因編輯及自動化成像等創(chuàng)新技術逐漸應用于神經(jīng)毒性研究領域，極大地提高了研究的效率與準確性。
安捷倫 BioTek 自動化成像系統(tǒng)：神經(jīng)毒性研究的新利器
在本月更新的應用說明中，安捷倫開發(fā)了一種簡單、快速且可靠的高通量評估方法，用該方法利用 iPSC 衍生的神經(jīng)元作為模型，通過鈣黃綠素 AM 標記活細胞，結合自動化成像與分析技術，實現(xiàn)對神經(jīng)元形態(tài)與活力的實時監(jiān)測，高效地量化神經(jīng)細胞的存活率和神經(jīng)突生長情況。
圖 1. 實驗流程及時間安排。將神經(jīng)元接種至 384 孔板中，約 3 小時后添加待測藥物。藥物暴露 48 小時后，添加活細胞染料，并使用安捷倫 BioTek Lionheart FX 自動化顯微鏡或者 Cytation進行成像。隨后，通過BioTek Gen5 軟件結合神經(jīng)突生長模塊對成像數(shù)據(jù)進行圖像分析，以評估細胞活力與神經(jīng)元生長情況。此外，劑量反應分析能夠自動量化不同化合物及其濃度條件下的細胞活力和生長測量值。
實驗中，我們針對 15 種具有不同作用機制的潛在神經(jīng)毒物，在 48 小時藥物暴露后，對其可能產(chǎn)生的影響進行了評估，并通過劑量依賴性的 EC/IC50 分析，進一步量化了這些化合物對神經(jīng)元活性和形態(tài)特征（如神經(jīng)突長度、分支數(shù)量等）的具體影響。
圖 3. 劑量依賴性的神經(jīng)突生長與存活率分析及 Z 分數(shù)。(A) 鈣黃綠素 AM 標記的 iPSC 衍生神經(jīng)元，用不同濃度的十字孢堿處理。軟件識別并標記神經(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胞體數(shù)量 （B）、神經(jīng)突長度 (C)、神經(jīng)突分支 (D) 及神經(jīng)突數(shù)量 (E) 等生長形態(tài)特征的劑量反應曲線。(F) 十字孢堿濃度范圍內繪制的存活率和神經(jīng)元形態(tài)指標的 Z 分數(shù)。Z 分數(shù)在 -2.3 至 2.3 之間（灰色高亮）的處理組被認為與對照組無顯著差異。
圖 4. 抑制神經(jīng)突生長的神經(jīng)毒性處理。A 至 H 上部為添加標記的細胞圖像：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-反應分析，包括胞體計數(shù)（存活率，紅色）、神經(jīng)突長度（綠色）、神經(jīng)突分支（藍色）以及每個細胞的神經(jīng)突數(shù)量（神經(jīng)突計數(shù)，粉色）
圖 5. 通過圖像和劑量反應分析，展示了四種不影響神經(jīng)突生長的神經(jīng)毒性處理對神經(jīng)元存活率和形態(tài)（包括胞體數(shù)量、神經(jīng)突起長度、分支及數(shù)量）的影響，并通過 Z 分數(shù)和 EC/IC50 值進行了量化。
實驗結果顯示，該方法能夠準確區(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)。通過劑量-效應關系分析，研究人員能夠直觀地觀察到神經(jīng)毒素對神經(jīng)元生長與活性的抑制作用，并據(jù)此評估化合物的神經(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：
高效標記與成像：
鈣黃綠素 AM 能夠迅速穿透細胞膜，對活細胞進行標記，無需復雜的預處理步驟，大大縮短了實驗周期。同時，安捷倫 BioTek Lionheart FX 自動化顯微鏡和 Cytation 細胞成像多功能微孔板檢測系統(tǒng)具備寬視野成像能力，能夠一次性捕獲大量細胞圖像，提高數(shù)據(jù)通量。
精準量化分析：
Gen5 神經(jīng)突生長模塊內置了優(yōu)化的圖像分析算法，能夠自動識別并量化神經(jīng)元的形態(tài)參數(shù)，如神經(jīng)突長度、分支數(shù)量等，為神經(jīng)毒性評估提供了客觀、量化的指標。
多通道熒光成像：
除了鈣黃綠素 AM 外，該系統(tǒng)還支持多種熒光標記物的同時成像，如死細胞標記物 eTox Red 等，進一步豐富了實驗數(shù)據(jù)的維度與深度。
高通量與自動化：
借助 384 孔板，能夠規(guī)�；赝七M神經(jīng)毒性與藥物篩選工作。在這一過程中，15 種待測物質得以同步處理與監(jiān)測，不僅大幅提升了實驗效率，而且確保了所有實驗條件完全一致，從而顯著增強了實驗數(shù)據(jù)的可比較性和可靠性。
借助高通量自動化顯微鏡技術，神經(jīng)毒性研究方法實現(xiàn)了規(guī)�；c高度重復性，確保了研究的可行性和高效性。
相關產(chǎn)品：
Cytation 5 細胞成像多功能微孔板檢測系統(tǒng)
關于安捷倫細胞分析
安捷倫細胞分析平臺包括xCELLigence RTCA實時細胞分析儀、NovoCyte系列流式細胞儀、Seahorse能量代謝分析儀以及Synergy系列微孔板檢測儀和Cytation 系列（共聚焦）細胞成像多功能微孔板檢測儀。安捷倫細胞分析平臺聚焦基礎科研與細胞與基因治療產(chǎn)品的開發(fā)全流程，作為適配新一代療法的強大分析工具，提供多方位的細胞效力檢測和深度的細胞分析，并致力于研發(fā)、生產(chǎn)質控以及臨床的全方位檢測與分析方案開發(fā)。
在快速發(fā)展的醫(yī)學與生物學領域，神經(jīng)毒性研究因其廣泛的潛在影響而備受矚目，主要應用于環(huán)境科學、藥物研發(fā)、食品安全等多個領域，旨在評估各類化學物質、藥物或環(huán)境因素對神經(jīng)系統(tǒng)可能造成的負面影響：
- 環(huán)境科學：評估污染物對神經(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物實驗和細胞培養(yǎng)觀察，雖然這些方法在一定程度上揭示了神經(jīng)毒性的基本機制，但存在成本高、周期長和通量低等局限性。近年來，隨著生物技術的飛速發(fā)展，高通量篩選、基因編輯及自動化成像等創(chuàng)新技術逐漸應用于神經(jīng)毒性研究領域，極大地提高了研究的效率與準確性。
安捷倫 BioTek 自動化成像系統(tǒng)：神經(jīng)毒性研究的新利器
在本月更新的應用說明中，安捷倫開發(fā)了一種簡單、快速且可靠的高通量評估方法，用該方法利用 iPSC 衍生的神經(jīng)元作為模型，通過鈣黃綠素 AM 標記活細胞，結合自動化成像與分析技術，實現(xiàn)對神經(jīng)元形態(tài)與活力的實時監(jiān)測，高效地量化神經(jīng)細胞的存活率和神經(jīng)突生長情況。
實驗中，我們針對 15 種具有不同作用機制的潛在神經(jīng)毒物，在 48 小時藥物暴露后，對其可能產(chǎn)生的影響進行了評估，并通過劑量依賴性的 EC/IC50 分析，進一步量化了這些化合物對神經(jīng)元活性和形態(tài)特征（如神經(jīng)突長度、分支數(shù)量等）的具體影響。
圖 2. 預實驗：熒光素 AM 方法用于細胞活力及神經(jīng)突生長檢測的驗證。
實驗結果顯示，該方法能夠準確區(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)。通過劑量-效應關系分析，研究人員能夠直觀地觀察到神經(jīng)毒素對神經(jīng)元生長與活性的抑制作用，并據(jù)此評估化合物的神經(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：
高效標記與成像：
鈣黃綠素 AM 能夠迅速穿透細胞膜，對活細胞進行標記，無需復雜的預處理步驟，大大縮短了實驗周期。同時，安捷倫 BioTek Lionheart FX 自動化顯微鏡和 Cytation 細胞成像多功能微孔板檢測系統(tǒng)具備寬視野成像能力，能夠一次性捕獲大量細胞圖像，提高數(shù)據(jù)通量。
精準量化分析：
Gen5 神經(jīng)突生長模塊內置了優(yōu)化的圖像分析算法，能夠自動識別并量化神經(jīng)元的形態(tài)參數(shù)，如神經(jīng)突長度、分支數(shù)量等，為神經(jīng)毒性評估提供了客觀、量化的指標。
多通道熒光成像：
除了鈣黃綠素 AM 外，該系統(tǒng)還支持多種熒光標記物的同時成像，如死細胞標記物 eTox Red 等，進一步豐富了實驗數(shù)據(jù)的維度與深度。
高通量與自動化：
借助 384 孔板，能夠規(guī)�；赝七M神經(jīng)毒性與藥物篩選工作。在這一過程中，15 種待測物質得以同步處理與監(jiān)測，不僅大幅提升了實驗效率，而且確保了所有實驗條件完全一致，從而顯著增強了實驗數(shù)據(jù)的可比較性和可靠性。
借助高通量自動化顯微鏡技術，神經(jīng)毒性研究方法實現(xiàn)了規(guī)�；c高度重復性，確保了研究的可行性和高效性。
相關產(chǎn)品：
Cytation 5 細胞成像多功能微孔板檢測系統(tǒng)
關于安捷倫細胞分析
安捷倫細胞分析平臺包括xCELLigence RTCA實時細胞分析儀、NovoCyte系列流式細胞儀、Seahorse能量代謝分析儀以及Synergy系列微孔板檢測儀和Cytation 系列（共聚焦）細胞成像多功能微孔板檢測儀。安捷倫細胞分析平臺聚焦基礎科研與細胞與基因治療產(chǎn)品的開發(fā)全流程，作為適配新一代療法的強大分析工具，提供多方位的細胞效力檢測和深度的細胞分析，并致力于研發(fā)、生產(chǎn)質控以及臨床的全方位檢測與分析方案開發(fā)。
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