Team entwickelt Qualitätskontrolle für Einzelzell-Bildgebung

Eine Größe passt nicht unbedingt für alle, wenn es darum geht, die Auswirkungen, einschließlich Krebs und anderer Krankheiten, von endokrin wirksamen Chemikalien (EDC) oder Toxinen zu testen, die auf viele Faktoren abzielen, einschließlich des Östrogenrezeptors (ER). Die meisten aktuellen Screenings verwenden Hochdurchsatz-Assays, die sich nur auf Massenpopulationsanalysen und/oder konstruierte Systeme konzentrieren, ohne phänotypische Heterogenität oder Zell-zu-Zell-Variabilität von endogenen Rezeptoren zu berücksichtigen. Forscher des Baylor College of Medicine haben nun eine zweistufige, auf Bildanalyse basierende Qualitätskontrollpipeline entwickelt, die einzelne Zellvariationen bei der Bewertung chemischer Effekte ausnutzt.

Die Ergebnisse, veröffentlicht in einer kürzlich erschienenen Ausgabe von Perspektiven der Umweltgesundheitfanden heraus, dass bei Verwendung dieser Methode bestimmte EDCs nur auf dem endogenen ER aktiv waren, die durch aktuelle Assays nicht nachgewiesen wurden.

„Die meisten Tests, die derzeit verwendet werden, um die Auswirkungen von EDCs auf ERs zu identifizieren, berücksichtigen keine individuellen Zellreaktionen innerhalb der Zellpopulation, und obwohl dies ein wichtiges biologisches Phänomen ist, haben nur sehr wenige Studien solche Experimente versucht“, sagte Dr. Michael Mancini. leitender Autor des Artikels, Professor für Molekular- und Zellbiologie und Direktor des Integrated Microscopy Core bei Baylor. „Wenn es um Screening-Tools für die meisten toxikologischen Assays geht, wollen viele Menschen eine einzelne Antwort oder eine Zahl von Tausenden und manchmal Millionen von Zellantworten. Die individuellen Zellantworten sind jedoch nicht alle identisch, daher haben wir uns auf ein Assay-Modell konzentriert, bei dem jedes Individuum Zelle wird analysiert.“

Dr. Fabio Stossi, außerordentlicher Professor für Molekular- und Zellbiologie und Hauptautor der Studie, erklärt: „In dieser Studie haben wir endogene ER-Spiegel in Tausenden von Zellen gemessen, um eine Qualitätskontrollmethode zur Bewertung der Reproduzierbarkeit von Zell-zu-Zell-Variationen zu schaffen Wir haben die Zell-zu-Zell-Variabilität mit bildgebenden Verfahren gemessen, um die Reproduzierbarkeit über viele Faktoren und Variablen hinweg zu bestimmen, und dann haben wir Wege gefunden, die Verteilungsänderungen zu messen, wenn Sie die Zellen mit EDCs behandeln.

Im Laufe mehrerer Jahre haben wir diese Methode verwendet, um eine Pipeline und Software zu erstellen, die andere zur Qualitätskontrolle von Einzelzell-Imaging-Experimenten verwenden können.“

Um die Genauigkeit dieser Methode zu bestimmen, verglichen Stossi und seine Mitarbeiter die Ergebnisse mit mehreren Assays, die derzeit von der Environmental Protection Agency verwendet werden, und verwendeten 42 Giftstoffe aus der Agency for Toxic Substance and Disease Registry. Diese EDCs sind in der Umwelt weit verbreitet und stehen bekanntermaßen mit bestimmten Arten von Krebs und anderen Krankheiten in Verbindung.

Während der Tests stellten die Forscher fest, dass sie mit dieser neuen Methode für die Einzelzell-Bildgebungsanalyse in Verbindung mit aktuellen Assays neue EDCs identifizieren konnten, die spezifisch die endogenen ER-Spiegel beeinflussten, ein Effekt, der Wechselbeziehungen zwischen mehreren Signalwegen beinhaltet.

„Wir haben mehrere neue Giftstoffe identifiziert, die direkt und indirekt ER-Spiegel und -Aktivität beeinflusst haben“, sagte Mancini. „Wir konnten eine massive Heterogenität und Diversität unter ähnlichen Zellpopulationen feststellen, von denen in der Vergangenheit angenommen wurde, dass sie sich auf ähnliche Weise verhalten. Sie tun dies nicht. Wenn die meisten Menschen also eine festgelegte Anzahl von Experimenten durchführen, die nur bestimmte Ergebnisse betrachten, sind sie es nicht nicht unbedingt die genauesten Ergebnisse. Was unser Team tat, war die Entwicklung dieses Bildgebungsassays, der in der Lage ist, die genauesten Ergebnisse zu finden, indem Einzelzellanalysen über eine Population von Zellen hinweg eingesetzt werden.“

Da diese Testplattform in die meisten Assays integriert werden kann, die die Regierung derzeit zum Testen von Giftstoffen verwendet, wird der nächste Schritt darin bestehen, andere EDC-gerichtete Rezeptoren in verschiedenen Modellen zu untersuchen und neue Geräte zu verwenden, die größere Studien unterstützen.

Andere, die an der Studie mitgewirkt haben, sind Pankaj K. Singh, Ragini M. Mistry, Hannah L. Johnson, Radhika D. Dandekar, Maureen G. Mancini, Adam T. Szafran und Arvind U. Rao vom Baylor College of Medicine, Texas A&M University oder der University of Michigan, Ann Arbor.