有機金属骨格の毒性プロファイルのリアルタイム評価のための電気セル-基板センシング

要約

以下の研究では、リアルタイムのハイスループットスクリーニング技術である電気セル基板インピーダンスセンシング(ECIS)を利用して、選択された金属有機フレームワークの毒物学的プロファイルを評価します。

要約

金属有機構造体(MOF)は、有機溶媒中で金属イオンと有機リンカーが配位して形成されるハイブリッドです。生物医学および産業用途でのMOFの実装は、その安全性に関する懸念につながっています。本明細書において、選択されたMOF、ゼオライトイミダゾールフレームワークのプロファイルを、ヒト肺上皮細胞への曝露時に評価した。評価のためのプラットフォームは、リアルタイム技術(すなわち、電気セル基板インピーダンスセンシング[ECIS])でした。この研究では、曝露された細胞に対する選択されたMOFの有害な影響のいくつかを特定し、議論します。さらに、この研究は、包括的な細胞評価のために他の生化学的アッセイと比較してリアルタイム法を使用することの利点を示しています。今回の研究では、観察された細胞挙動の変化は、異なる物理化学的特徴を持つMOFへの曝露と、使用されているそれらのフレームワークの投与量によって誘発される可能性のある毒性を示唆している可能性があると結論付けている。細胞の挙動の変化を理解することにより、物理化学的特性を具体的に調整することにより、生物医学的アプリケーションに使用されるMOFのセーフバイデザイン戦略を改善する能力が予測されます。

概要

金属有機構造体(MOF)は、有機溶媒中で金属イオンと有機リン^カー1,2の組み合わせによって形成されるハイブリッドである。このような組み合わせの多様性により、MOFは構造の多様性³、調整可能な多孔性、高い熱安定性、および高い^表面積4,5を備えています。このような特性により、ガス貯蔵^6,7から触媒作用^8,9まで、および造影剤10,11から薬物送達ユニット^12,13まで、さまざまな用途で魅力的な候補となります。ただし、このようなアプリケーションへのMOFの実装により、ユーザーと環境の両方に対する安全性に関する懸念が生じています。予備的な研究では、例えば、細胞がMOF合成に使用される金属イオンまた....

プロトコル

1. ZIF-8合成

1. この例では、1:10:100(金属:リンカー:溶媒)の質量比を使用してZIF-8を合成します。このために、硝酸亜鉛六水和物を測定し、測定を記録します。例えば質量比を利用して、リンカー、2−メチルイミダゾール、および溶媒(すなわち、メタノール)に必要な量を計算する。
2. 硝酸亜鉛六水和物とリンカーを2つの異なるガラスバイアルに入れます。計算された量のメタノールの半分を硝酸亜鉛六水和物に、残りの半分をリンカーに加える。各溶液を溶解させます。
3. 2つの溶液(すなわち、それぞれ金属およびリンカーを含む溶液)を組み合わせます。反応用溶液を入れた容器を攪拌板に置き、室温(RT)で700rpmで24時間攪拌します。

2. ZIF-8コレクション

1. 上記の反応が終了したら(つまり、24時間後)、溶液を50 mLの遠沈管に入れ、3,075 x g で5分間遠心分離します(等量を使用し、ローターのバランスを取ります)。遠心分離チューブから上清を除去します。
2. メタノール(5-15 mL)を遠沈管に加え、粒子を再分散させます。
3. 遠心分離と洗浄のステップを少なくとも2〜4回繰り返します。最後の洗浄後、上清を排出します。
   注意: 洗浄ステップでは、沈殿していない種がすべ....

結果

この研究は、一般的な in vitro モデル細胞株³⁹ (BEAS-2B)を使用して、実験室で合成されたMOFへの曝露時の細胞挙動の変化を評価するためのECISの実現可能性と適用性を実証することを目的としていました。これらの変化評価は、従来の比色アッセイによる分析によって補完されました。

フレームワークの物理化学的特性は、採用された方法の再現性、.......

ディスカッション

以前の分析では、ECISを使用して、分析物(すなわち、カーボンナノチューブ³⁵、薬物⁴³、またはナノクレイ¹⁶)にさらされた細胞の挙動を評価できることが示されました。さらに、Stueckleらは、ECISを使用して、ナノクレイとその副産物に曝露されたBEAS-2B細胞の毒性を評価し、細胞の挙動と付着がそのような材料の物理化学的特性に依存するこ.......

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
4-[3-(4-idophenyl)-2-(4-nitrophenyl)-2H-5-tetrazolio]-1,3-benzene disulfonate (WST-1 assay)	Roche	5015944001
0.25% Trypsin-EDTA (1x)	Gibco	25255-056
100 mm plates	Corning	430167
1300 Series A2 biofume hood	Thermo Scientific	323TS
2510 Branson bath sonicator	Process Equipment & Supply, Inc.	251OR-DTH
2-methylimidazole, 97%	Alfa Aesar	693-98-1
5 mL sterile microtube	Argos Technologies	T2076S-CA
50 mL  tubes	Falcon	352098
96W10idf well plates	Applied Biophysics	96W10idf PET
96-well plates	Fisherbrand	FB012931
Biorender	Biorender	N/A
Countess cell counting chamber slides	Invitrogen	C10283
Countess II FL automated cell counter	Life Technologies	C0916-186A-0303
Denton Desk V sputter and carbon coater	Denton Vacuum	N/A
Dimethly sulfoxide	Corning	25-950-CQC
DPBS/Modified	Cytiva	SH30028.02
Dulbecco's modified Eagle medium	Corning	10-014-CV
ECIS-ZΘ	Applied Biophysics	ABP 1129
Excel	Microsoft	Version 2301
Falcon tubes (15 mL)	Corning	352196
Fetal bovine serum	Gibco	16140-071
FLUOstar OPTIMA plate reader	BMG LABTECH	413-2132
GraphPad Prism Software (9.0.0)	GraphPad Software, LLC	Version 9.0.0
HERAcell 150i CO2 Incubator	Thermo Scientific	50116047
Hitachi S-4700 Field emission scanning electron microscope equipped with energy dispersive X-ray	Hitachi High-Technologies Corporation	S4700 and EDAX TEAM analysis software
ImageJ software	National Institutes of Health	N/A
Immortalized human bronchial epithelial cells	American Type Culture Collection	CRL-9609
Isotemp freezer	Fisher Scientific
Methanol, 99%	Fisher Chemical	67-56-1
Parafilm sealing film	The Lab Depot	HS234526A
Penicillin/Steptomycin	Gibco	15140-122
Sorvall Legend X1R Centrifuge	Thermo Scientific	75004220
Sorvall T 6000B	DU PONT	T6000B
Trypan blue, 0.4% solution in PBS	MP Biomedicals, LLC	1691049
Vacuum Chamber	Belart	999320237
Zinc Nitrate Hexahydrate, 98% extra pure	Acros Organic	101-96-18-9