تم تمويل هذا العمل جزئيا من قبل المعهد الوطني للعلوم الطبية العامة (NIGMS) برنامج T32 (T32 GM133369) والمؤسسة الوطنية للعلوم (NSF 1454230). بالإضافة إلى ذلك ، يتم الاعتراف بمرافق البحوث المشتركة WVU ومساعدة ودعم الفيزياء الحيوية التطبيقية.

تقييم التغيرات في سلوك الخلية المستحثة ب MOF عن طريق استشعار الركيزة الخلوية الكهربائية

لم يبلغ المؤلفون عن أي تضارب في المصالح في هذا العمل.

أظهر التحليل السابق أنه يمكن استخدام ECIS لتقييم سلوك الخلايا المعرضة للتحليلات (أي الأنابيب النانوية الكربونية35 أو الأدوية43 أو الطين النانوي16). علاوة على ذلك ، استخدم Stueckle et al. ECIS لتقييم سمية خلايا BEAS-2B المعرضة للطين النانوي ومنتجاته الثانوية ووجد أن ...

الأطر المعدنية العضوية (MOFs) هي هجينة تتشكل من خلال مزيج من أيونات المعادن والروابط العضوية 1,2 في المذيبات العضوية. نظرا لتنوع هذه المجموعات ، تمتلك الأطر الفلزية العضوية تنوعا هيكليا3 ، ومسامية قابلة للضبط ، واستقرارا حراريا عاليا ، ومساحات سطح عالية 4,5. هذه الخصائص تجعلها مرشحة جذابة في مجموعة متنوعة من التطبيقات ، من تخزين الغاز 6,7 إلى الحفز8,9 ، ومن عوامل التباين 10,11 إلى وحدات توصيل الأدوية 12,13. ومع ذلك، فإن تنفيذ الأطر الفلزية العضوية في هذه التطبيقات قد أثار مخاوف تتعلق بسلامتها لكل من المستخدمين والبيئة. أظهرت الدراسات الأولية ، على سبيل المثال ، أن الوظيفة الخلوية والنمو يتغيران عند تعرض الخلايا لأيونات المعادن أو الروابط المستخدمة في تخليق الأطر الفلزيةالعضوية 1،14،15. على سبيل المثال، أثبت Tamames-Tabar et al. أن ZIF-8 MOF، وهو نوع من الأطر الفلزية العضوية القائمة على الزنك، يؤدي إلى المزيد من التغيرات الخلوية في خط خلايا سرطان عنق الرحم البشري (HeLa) وخط خلايا البلاعم الفأرية (J774) بالنسبة إلى الأطر الفلزية العضوية القائمة على Zr والحديد. من المفترض أن تكون هذه التأثيرات بسبب المكون المعدني ل ZIF-8 (أي Zn) ، والذي يمكن أن يحفز موت الخلايا المبرمج عند تفكك الإطار وإطلاق أيون الزنك1. وبالمثل ، أظهر Gandara-Loe et al. أن HKUST-1 ، وهو MOF قائم على النحاس ، تسبب في أعلى انخفاض في صلاحية خلايا الورم الأرومي الشبكي للفأر عند استخدامه بتركيزات 10 ميكروغرام / مل أو أكثر. من المفترض أن يكون هذا بسبب أيون معدن النحاس الذي تم دمجه أثناء تخليق هذا الإطار ، والذي ، بمجرد إطلاقه ، يمكن أن يحفز الإجهاد التأكسدي في الخلايا المكشوفة15.
علاوة على ذلك ، أظهر التحليل أن التعرض للأطر الفلزية العضوية ذات الخصائص الفيزيائية والكيميائية المختلفة يمكن أن يؤدي إلى استجابات مختلفة للخلايا المكشوفة. على سبيل المثال ، أظهر Wagner et al. أن ZIF-8 و MIL-160 (إطار عمل قائم على Al) ، المستخدم في التعرض لخلية ظهارية قصبية بشرية خالدة ، أدى إلى استجابات خلوية تعتمد على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للأطر ، وهي الكارهة للماء والحجم والخصائص الهيكلية16. بشكل تكميلي ، أظهر Chen et al. أن تركيز 160 ميكروغرام / مل MIL-100 (Fe) المعرض لخلايا الكبد الطبيعية البشرية (HL-7702) تسبب في أكبر خسارة في الصلاحية الخلوية ، ويرجع ذلك على الأرجح إلى المكون المعدني لهذا الإطار المحدد (أي Fe17).
في حين أن هذه الدراسات تصنف الآثار الضارة للأطر الفلزية العضوية على النظم الخلوية بناء على خصائصها الفيزيائية والكيميائية وتركيزات التعرض ، مما يثير مخاوف محتملة بشأن تنفيذ الإطار ، لا سيما في المجالات الطبية الحيوية ، فإن معظم هذه التقييمات تستند إلى مقايسات قياس لوني نقطة زمنية واحدة. على سبيل المثال ، تبين أنه عند استخدام مقايسات (3- (4،5-ثنائي ميثيل ثيازول-2-يل) -2،5-ثنائي فينيل تيترازوليوم بروميد) رباعي الأزوليوم (MTT) وملح التترازوليوم القابل للذوبان في الماء (WST-1) ، يمكن أن تؤدي هذه الكواشف الكيميائية الحيوية إلى إيجابيات كاذبة عند تفاعلاتها مع الجسيمات التي تعرضت لها الخلايا أيضا18. تبين أن ملح التترازوليوم والكواشف الحمراء المحايدة تمتلك امتزازا عاليا أو تقاربا ملزما على أسطح الجسيمات ، مما أدى إلى تداخل إشارة العامل19. علاوة على ذلك ، بالنسبة لأنواع أخرى من المقايسات ، مثل قياس التدفق الخلوي ، والذي ثبت سابقا أنه يستخدم لتقييم التغيرات في الخلايا المعرضة للأطر الفلزيةالعضوية 20,21 ، فقد تبين أنه يجب التحايل على القضايا الرئيسية إذا تم النظر في تحليل قابل للتطبيق للآثار الضارة للجسيمات. على وجه الخصوص ، يجب معالجة نطاقات الكشف عن أحجام الجسيمات ، خاصة في المجموعات المختلطة مثل تلك التي توفرها الأطر الفلزية العضوية أو مراجع الجسيمات المستخدمة للمعايرة قبل التغيرات الخلوية، 22. وقد تبين أيضا أن الصبغة المستخدمة أثناء وضع العلامات الخلوية لمقايسات القياس الخلوي هذه يمكن أن تتداخل أيضا مع الجسيمات النانوية التي تعرضت لها الخلايا23.
كان الهدف من هذه الدراسة هو استخدام مقايسة تقييم عالية الإنتاجية في الوقت الفعلي لتقييم التغيرات في سلوك الخلية عند التعرض ل MOF محدد. يمكن أن تساعد التقييمات في الوقت الفعلي في توفير رؤى حول التأثيرات المعتمدة على الوقت ، فيما يتعلق بنوافذ التعرض16. علاوة على ذلك ، فإنها توفر معلومات عن التغيرات في تفاعلات الخلية والركيزة ، ومورفولوجيا الخلية ، وتفاعلات الخلايا الخلوية ، وكذلك كيف تعتمد هذه التغييرات على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد ذات الأهمية وأوقات التعرض24,25 على التوالي.
لإثبات صحة وقابلية تطبيق النهج المقترح ، تم استخدام الخلايا الظهارية للشعب الهوائية البشرية (BEAS-2B) ، ZIF-8 (إطار كاره للماء من إيميدازولات الزيوليت16) ، واستشعار مقاومة الركيزة الخلوية الكهربائية (ECIS). تمثل خلايا BEAS-2B نموذجا لتعرض الرئة 26 وقد استخدمت سابقا لتقييم التغيرات عند تعرض الخلايا للطين النانوي ومنتجاتها الثانوية المتدهورة حراريا26،27،28 ، وكذلك تقييم سمية المواد النانوية ، مثل الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار (SWCNTs) 18. علاوة على ذلك ، تم استخدام هذه الخلايا لأكثر من 30 عاما كنموذج للوظيفة الظهارية الرئوية29. تم اختيار ZIF-8 بسبب تنفيذه على نطاق واسع في الحفز30 وكعوامل تباين 31 للتصوير الحيوي وتوصيل الأدوية32 ، وبالتالي للإمكانات الممتدة للتعرض للرئة أثناء مثل هذه التطبيقات. أخيرا ، تم استخدام ECIS ، وهي تقنية غير جراحية في الوقت الفعلي ، سابقا لتقييم التغيرات في التصاق الخلايا وانتشارها وحركتها ومورفولوجيا 16,26 نتيجة لمجموعة متنوعة من التفاعلات بين المواد التحليلية (المواد والأدوية) والخلايا المكشوفة في الوقت الفعلي 16,18,28. يستخدم ECIS تيارا مترددا (AC) لقياس مقاومة الخلايا التي يتم تجميدها على أقطاب الذهب ، مع تغييرات المعاوقة التي تعطي نظرة ثاقبة للتغيرات في المقاومة والسعة في واجهة الركيزة الذهبية الخلوية ، ووظيفة الحاجز كما هو ناتج عن تفاعلات الخلايا والخلايا ، وتغطية الطبقة فوق الخلية لأقطاب الذهبهذه 33,34. يسمح استخدام ECIS بإجراء قياسات كمية بدقة نانوية بطريقة غير جراحية في الوقت الفعلي26,34.
تقيم هذه الدراسة وتقارن بساطة وسهولة تقييم التغيرات التي يسببها الأطر الفلزية العضوية في السلوك الخلوي في الوقت الفعلي مع تقييمات الفحص أحادية النقطة. ويمكن زيادة استقراء هذه الدراسة لتقييم ملامح الخلية استجابة للتعرض لجسيمات أخرى ذات أهمية، مما يسمح باختبار الجسيمات بشكل آمن حسب التصميم والمساعدة اللاحقة في التنفيذ. علاوة على ذلك ، يمكن لهذه الدراسة أن تكمل المقايسات الجينية والخلوية التي هي تقييمات من نقطة واحدة. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تحليل أكثر استنارة للآثار الضارة للجسيمات على السكان الخلويين ويمكن استخدامه لفحص سمية هذه الجسيمات بطريقة عالية الإنتاجية16،35،36.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>&#160;4-[3-(4-idophenyl)-2-(4-nitrophenyl)-2H-5-tetrazolio]-1,3-benzene disulfonate (WST-1 assay)&#160;</td>
			<td>Roche</td>
			<td>5015944001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.25% Trypsin-EDTA (1x)</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>25255-056</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>100 mm plates</td>
			<td>Corning</td>
			<td>430167</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1300 Series A2 biofume hood</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>323TS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2510 Branson bath sonicator</td>
			<td>Process Equipment &#38; Supply, Inc.&#160;</td>
			<td>251OR-DTH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-methylimidazole, 97%</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>693-98-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 mL sterile microtube</td>
			<td>Argos Technologies</td>
			<td>T2076S-CA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 mL&#160; tubes&#160;</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>352098</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>96W10idf well plates</td>
			<td>Applied Biophysics&#160;</td>
			<td>96W10idf PET</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>96-well plates</td>
			<td>Fisherbrand</td>
			<td>FB012931</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biorender</td>
			<td>Biorender</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Countess cell counting chamber slides</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>C10283</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Countess II FL automated cell counter</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>C0916-186A-0303</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Denton Desk V sputter and carbon coater</td>
			<td>Denton Vacuum</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethly sulfoxide&#160;</td>
			<td>Corning</td>
			<td>25-950-CQC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DPBS/Modified</td>
			<td>Cytiva</td>
			<td>SH30028.02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#39;s modified Eagle medium</td>
			<td>Corning</td>
			<td>10-014-CV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ECIS-Z&#920;</td>
			<td>Applied Biophysics&#160;</td>
			<td>ABP 1129</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Excel</td>
			<td>Microsoft</td>
			<td>Version 2301</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Falcon tubes (15 mL)</td>
			<td>Corning</td>
			<td>352196</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal bovine serum</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>16140-071</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FLUOstar OPTIMA plate reader</td>
			<td>BMG LABTECH</td>
			<td>413-2132</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GraphPad Prism Software (9.0.0)</td>
			<td>GraphPad Software, LLC</td>
			<td>Version 9.0.0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HERAcell 150i CO2 Incubator</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>50116047</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hitachi S-4700 Field emission scanning electron microscope equipped with energy dispersive X-ray&#160;</td>
			<td>Hitachi High-Technologies Corporation</td>
			<td>S4700 and EDAX TEAM analysis software</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImageJ software</td>
			<td>National Institutes of Health</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Immortalized human bronchial epithelial cells</td>
			<td>American Type Culture Collection</td>
			<td>CRL-9609</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isotemp freezer</td>
			<td>Fisher Scientific&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol, 99%</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>67-56-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parafilm sealing film</td>
			<td>The Lab Depot</td>
			<td>HS234526A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin/Steptomycin</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>15140-122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sorvall Legend X1R Centrifuge&#160;</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>75004220</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sorvall T 6000B</td>
			<td>DU PONT</td>
			<td>&#160;T6000B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypan blue, 0.4% solution in PBS</td>
			<td>MP Biomedicals, LLC</td>
			<td>1691049</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum Chamber</td>
			<td>Belart</td>
			<td>999320237</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zinc Nitrate Hexahydrate, 98% extra pure</td>
			<td>Acros Organic</td>
			<td>101-96-18-9</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

electric cell-substrate sensing for real-time evaluation of metal-organic framework toxicological profiles

الأطر المعدنية العضوية (MOFs) هي هجينة تتشكل من خلال تنسيق أيونات المعادن والروابط العضوية في المذيبات العضوية. أدى تنفيذ الأطر الفلزية العضوية في التطبيقات الطبية الحيوية والصناعية إلى مخاوف بشأن سلامتها. هنا ، تم تقييم ملف تعريف MOF المختار ، وهو إطار إيميدازول زيوليت ، عند التعرض للخلايا الظهارية الرئوية البشرية. كانت منصة التقييم تقنية في الوقت الفعلي (أي استشعار مقاومة الخلايا الكهربائية [ECIS]). تحدد هذه الدراسة وتناقش بعض الآثار الضارة للأطر الفلزية العضوية المختارة على الخلايا المكشوفة. علاوة على ذلك ، توضح هذه الدراسة فوائد استخدام طريقة الوقت الفعلي مقابل المقايسات الكيميائية الحيوية الأخرى لإجراء تقييمات شاملة للخلايا. وخلصت الدراسة إلى أن التغيرات الملحوظة في سلوك الخلية يمكن أن تلمح إلى السمية المحتملة الناجمة عن التعرض للأطر العضوية العضوية ذات الخصائص الفيزيائية والكيميائية المختلفة وجرعة تلك الأطر المستخدمة. من خلال فهم التغيرات في سلوك الخلية ، يتوقع المرء القدرة على تحسين استراتيجيات التصميم الآمنة للأطر العضوية العضوية لاستخدامها في التطبيقات الطبية الحيوية من خلال تصميم خصائصها الفيزيائية والكيميائية على وجه التحديد.

Metal-organic frameworks (MOFs) are hybrids formed through the combination of metal ions and organic linkers1,2 in organic solvents. Due to the variety of such combinations, MOFs possess structural diversity3, tunable porosity, high thermal stability, and high surface areas4,5. Such characteristics make them attractive candidates in a variety of applications, from gas storage6,7 to catalysis8,9, and from contrast agents10,11 to drug delivery units12,13. However, the implementation of MOFs into such applications has raised concerns relative to their safety to both the users and the environment. Preliminary studies have shown, for instance, that cellular function and growth change upon the exposure of cells to metal ions or linkers used for MOF synthesis1,14,15. For instance, Tamames-Tabar et al. demonstrated that ZIF-8 MOF, a Zn-based MOF, was leading to more cellular changes in a human cervical cancer cell line (HeLa) and a mouse macrophage cell line (J774) relative to Zr-based and Fe-based MOFs. Such effects were&#160;presumably due to the metal component of ZIF-8 (i.e., Zn), which could potentially induce cell apoptosis upon framework disintegration and Zn ion release1. Similarly, Gandara-Loe et al. demonstrated that HKUST-1, a Cu-based MOF, caused the highest reduction in mouse retinoblastoma cell viability when used at concentrations of 10 &#181;g/mL or greater. This was presumably due to the Cu metal ion incorporated during the synthesis of this framework, which, once released, could induce oxidative stress in the exposed cells15.
Moreover, analysis showed that the exposure&#160;to MOFs with different physicochemical characteristics could lead to varying responses of exposed cells. For instance, Wagner et al. demonstrated that ZIF-8 and MIL-160 (an Al-based framework), used in the exposure of an immortalized human bronchial epithelial cell, led to cellular responses dependent on frameworks&#39; physicochemical properties, namely hydrophobicity, size, and structural characteristics16. Complementarily, Chen et al. demonstrated that a concentration of 160 &#181;g/mL MIL-100(Fe) exposed to human normal liver cells (HL-7702) caused the largest loss in cellular viability, presumably due to the metal component of this specific framework (i.e., Fe17).
While these studies categorize MOFs&#39; deleterious effects on cellular systems based on their physicochemical characteristics and exposure concentrations, thus raising potential concerns with framework implementation, especially in biomedical fields, most of these evaluations are based on single time point colorimetric assays. For instance, it was shown that when (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) tetrazolium (MTT) and water-soluble tetrazolium salt (WST-1) assays were used, these biochemical reagents could lead to false positives upon&#160;their&#160;interactions with the particles that the cells were also exposed to18. The tetrazolium salt and neutral red reagents were&#160;shown to possess a high adsorption or binding affinity onto the surfaces of the particles, resulting to agent signal interference19. Moreover, for other types of assays, such as flow cytometry, which was previously shown to be used for assessing changes in cells exposed to MOFs20,21, it was shown that major issues have to be circumvented if a viable analysis of particles&#39; deleterious effects is to be considered. In particular, detection ranges of the particles&#39; sizes, especially in mixed populations like the ones offered by MOFs or references of the particles used for calibration before cellular changes, have to be addressed22. It was also shown that the dye used during cell labeling for such cytometry assays could also interfere with the nanoparticles that the cells were exposed to23.
The goal of this study was to use a real-time, high-throughput evaluation assay to assess changes in cell behavior upon exposure to a select MOF. Real-time evaluations can help provide insights into time-dependent effects, as related to the windows of exposures16. Further, they provide information on changes in cell-substrate interactions, cell morphology, and cell-cell interactions, as well as how such changes depend on the physicochemical properties of the materials of interest and exposure times24,25 respectively.
To demonstrate the validity and applicability of the proposed approach, human bronchial epithelial (BEAS-2B) cells, ZIF-8 (a hydrophobic framework of zeolitic imidazolate16), and electric cell-substrate impedance sensing (ECIS) were used. BEAS-2B cells represent a model for lung exposure26 and have been previously used to evaluate changes upon the exposure of cells to nanoclays and their thermally degraded byproducts26,27,28,&#160;as well as assess the toxicity of nanomaterials, such as single-walled carbon nanotubes (SWCNTs)18. Furthermore, such cells have been used for more than 30 years as a model for pulmonary epithelial function29. ZIF-8 was chosen due to its wide implementation&#160;in catalysis30 and as contrast agents31 for bioimaging and drug delivery32, and thus for the extended potential for lung exposure during such applications. Lastly, ECIS, the noninvasive, real-time technique, was previously used to evaluate changes in cell adherence, proliferation, motility, and morphology16,26 as a result of a variety of interactions between analytes (both materials and drugs) and exposed cells in real-time16,18,28. ECIS uses an alternating current (AC) to measure the impedance of cells immobilized on gold electrodes, with the impedance changes giving insights into changes in resistance and capacitance at the&#160;cell-gold substrate interface, barrier function as induced by cell-cell interactions, and over-cell layer coverage of such gold electrodes33,34. Using ECIS allows quantitative measurements at a nanoscale resolution in a noninvasive, real-time manner26,34.
This study assesses and compares the simplicity and ease of evaluation of MOF-induced changes in cellular behavior in real-time with single-point assay evaluations. Such a study could be further extrapolated for evaluating cell profiles in response to exposure to other particles of interest, thus allowing for safe-by-design particle testing and subsequent helping with&#160;implementation. Moreover, this study could complement genetic and cellular assays that are single-point evaluations. This could lead to a more informed analysis of the deleterious effects of particles on the cellular population and could be used for screening such particles&#39; toxicity in a high-throughput manner16,35,36.

تسليط الضوء على المؤلف: التقدم في تقييم استجابة الخلايا الظهارية الرئوية البشرية للأطر المعدنية العضوية 

استشعار الركيزة الخلوية الكهربائية للتقييم في الوقت الحقيقي للملامح السمية للإطار المعدني العضوي

My research aims to evaluate changes in human lung epithelial cells'behavior upon exposure to metal organic framework, hybrids formed by combining metal ions in organic linkers in organic solvents. This research demonstrated that the physical and chemical composition of metal organic frameworks, as well as their cellular exposure ratios, affects the behavior of human lung epithelial cells in a time and dose-dependent manner. This can be recorded in a high throughput in real time fashion.Our research helps to evaluate, understand the mechanisms of toxicity of metal organic frameworks upon exposure to cellular systems. The current method allows continuous cell monitoring in a real time and in high throughput manner. Additionally, this method does not rely on any external reagents, and thus it reduces any possible interference they could have with the frameworks used for exposure.Our laboratory will continue to focus on understanding and evaluating the mechanisms of toxicity associated with nanomaterials exposures, as well as using such information to synthesize new and safe systems that could be implemented in biomedical applications at minimum risks to the user or the environment.

باستخدام خط خلية نموذجي شائع في المختبر39 (BEAS-2B) ، تهدف هذه الدراسة إلى إثبات جدوى وقابلية تطبيق ECIS لتقييم التغيرات في سلوك الخلية عند التعرض ل MOF مركب في المختبر. تم استكمال تقييم هذه التغييرات بالتحليل من خلال المقايسات اللونية التقليدية.
تم تقييم الخصائص ?...

Watch this Scientific Journal Video about Advances in Evaluating Human Lung Epithelial Cells' Response to Metal-Organic Frameworks at JoVE.com

تقوم الدراسة التالية بتقييم الملف السمي لإطار معدني عضوي مختار باستخدام استشعار مقاومة الخلايا الكهربائية (ECIS) ، وهي تقنية فحص عالية الإنتاجية في الوقت الفعلي.

Metal-organic frameworks (MOFs) are hybrids formed through the coordination of metal ions and organic linkers in organic solvents. The implementation of ...

يهدف بحثي إلى تقييم التغيرات في سلوك الخلايا الظهارية الرئوية البشرية عند التعرض للإطار العضوي المعدني ، الهجينة التي تشكلت عن طريق الجمع بين أيونات المعادن في الروابط العضوية في المذيبات العضوية. أظهر هذا البحث أن التركيب الفيزيائي والكيميائي للأطر العضوية المعدنية ، وكذلك نسب التعرض الخلوي ، يؤثر على سلوك الخلايا الظهارية الرئوية البشرية بطريقة تعتمد على الوقت والجرعة. يمكن تسجيل ذلك في إنتاجية عالية في الوقت الفعلي.يساعد بحثنا على تقييم وفهم آليات سمية الأطر العضوية المعدنية عند التعرض للأنظمة الخلوية. تسمح الطريقة الحالية بالمراقبة المستمرة للخلايا في الوقت الفعلي وبطريقة عالية الإنتاجية. بالإضافة إلى ذلك ، لا تعتمد هذه الطريقة على أي كواشف خارجية ، وبالتالي فهي تقلل من أي تداخل محتمل يمكن أن يحدث مع الأطر المستخدمة للتعرض.سيواصل مختبرنا التركيز على فهم وتقييم آليات السمية المرتبطة بالتعرض للمواد النانوية ، وكذلك استخدام هذه المعلومات لتجميع أنظمة جديدة وآمنة يمكن تنفيذها في التطبيقات الطبية الحيوية بأقل قدر من المخاطر على المستخدم أو البيئة.

electric-cell-substrate-sensing-for-real-time-evaluation-metal

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Electric Cell-Substrate Sensing for Real-Time Evaluation of Metal-Organic Framework Toxicological Profiles

606 Views.  West Virginia University. يهدف بحثي إلى تقييم التغيرات في سلوك الخلايا الظهارية الرئوية البشرية عند التعرض للإطار العضوي المعدني ، الهجينة التي تشكلت عن طريق الجمع بين أيونات المعادن في الروابط العضوية في المذيبات العضوية. أظهر هذا البحث أن التركيب الفيزيائي والكيميائي للأطر العضوية المعدنية ، و?...

Video: تسليط الضوء على المؤلف: التقدم في تقييم استجابة الخلايا الظهارية الرئوية البشرية للأطر المعدنية العضوية 

Metal-organic frameworks (MOFs) are hybrids formed through the coordination of metal ions and organic linkers in organic solvents. The implementation of MOFs in biomedical and industrial applications has led to concerns regarding their safety. Herein, the profile of a selected MOF, a zeolitic imidazole framework, was evaluated upon exposure to human lung epithelial cells. The platform for evaluation was a real-time technique (i.e., electric cell-substrate impedance sensing [ECIS]). This study identifies and discusses some of the deleterious effects of the selected MOF on the exposed cells. Furthermore, this study demonstrates the benefits of using the real-time method versus other biochemical assays for comprehensive cell evaluations. The study concludes that observed changes in cell behavior could hint at possible toxicity induced upon exposure&#160;to MOFs of different physicochemical characteristics and the dosage of those frameworks being used. By understanding changes in cell behavior, one foresees the ability to improve safe-by-design strategies of MOFs to be used for biomedical applications by specifically tailoring their physicochemical characteristics.

The following study evaluates the toxicological profile of a selected metal-organic framework utilizing electric cell-substrate impedance sensing (ECIS), a real-time, high-throughput screening technique.

Electrical Cell-Substrate Impedance Sensing (ECIS)

To begin, take a 96 well plate containing interdigitated finger connection electrodes covering an area of about four square millimeters. Place the plate onto the well station and click the setup button. If the wells are connected properly, green readings will appear.Any unconnected wells will be identified as red. Add 200 microliters of media to each well being used and then place the plate into the electrical cell substrate impedance sensing, or ECIS station. To stabilize the wells and prepare them for experiments, click setup, followed by check, and then click on stabilize.After 40 minutes, remove the plate from the station and remove the media from each well. Seed the B2B cells at a density of 40, 000 cells per milliliter into the wells containing the cells, and place the plate onto the ECIS station in the incubator. Next, click on check to ensure all the electrodes are read by the sensors on the station.Select multiple frequency time to measure each electrode at seven different frequencies. Click on start and allow it to run for 24 hours so the cells can form a confluent monolayer. Every well's reading is displayed in a different color.After about 24 hours, the wells containing cells will show increased resistance on the monitor indicating the attachment of the cells to the electrodes. Press pause to interrupt the data collection. For example, for media changes, reagents edition, and so on.Expose the ZIF8 nanoparticles to the blank well and the cell wells with a volume of 100 microliters per well, Place the plate onto the station and click on check again to ensure that the sensors are reading all the electrodes. Click on resume to resume the experiments after the chosen pause. After the data collection, click finish to save the data as a spreadsheet file.To get the alpha parameters click on model, and on the popped up screen, click on media only well, then select the well that has only media. Click on set reference for data evaluation and select the reference related to the control experiment. Click on find to start the reference fitting.Select set then fit T range to process the data relative to the selected reference. To evaluate the cell attachment, select alpha. Finally, after the system finishes the analysis, click save RBA and save the parameters as a spreadsheet file.The analysis of the cell behavior upon exposure to ZIF8 MOFs was performed through electrical cell substrate impedance sensing. The images showed changes in the cell substrate interactions and the changes are dependent on the time of exposure and the dose being used.