细胞内氧含量实时监测解决方案

近来，越来越多的研究结果揭示，细胞内氧含量水平对细胞的生理状态，信号传导以及细胞对药物处理的应激反应有显著的影响(1,2,3)。目前已知影响胞内氧含量的因素包括细胞组织类型，环境氧浓度，细胞密度以及细胞代谢速率等因素。

如图1 A所示，不同组织部位的氧含量明显不同。然而，目前大多数的体外细胞培养实验，仍然暴露于环境氧条件下，忽视了大气环境和培养基之间以及培养基和细胞胞内环境之间的的氧含量差异，无形中也严重影响到实验研究的准确性和灵活性。

图 1 A ：不同组织细胞胞内氧压力。B 和 C：用大气控制模块将环境氧调节至～6%过程中，体外培养细胞胞内氧含量的变化

针对这一棘手问题，BMG Labtech公司推出了采用CLARIOstar和Omega系列多功能酶标仪，结合BMG精密的大气控制单元和Luxcel Biosciences公司独有的胞内氧检测试剂盒MitoXpress Intra，实现细胞内氧含量实时监测的解决方案。其中，大气控制单元用来精确调控环境中CO2和 O2的含量，进而创造正常生理条件或低氧条件。MitoXpress Intra可逆性氧淬灭探针，可以进入二维或三位培养（如Matrigel，RAFT™，microtissues，Alvetex和Mimetix等）的组织细胞内，实时监测胞内的氧含量。利用该方案可以在图1B和C中轻易地监测到，在环境氧条件下，代谢缓慢的细胞胞内氧含量为～14%，而代谢活跃的细胞胞内氧含量则为～7%。

当用大气控制单元调节环境氧含量为～6%时，代谢缓慢的细胞胞内氧含量减少至～4.5% ，代谢活跃的细胞胞内氧含量近似缺氧环境。同样随着环境氧浓度的变化，三维组织培养的肝细胞胞内氧含量也会敏感地随之降低，并且当环境氧浓度减低至低氧条件时（～5%），肝细胞胞内氧含量已经处于缺氧环境（图2）。

  
图 2: 不同环境氧条件下3D RAFT™ structures HepG2细胞内氧含量

此外，结合CLARIOstar连续依次加药的功能，胞内氧实时监测还可及时地评估不同药物对相同细胞代谢功能的影响。如图3所示，向环境氧条件下的三维培养HepG2细胞，添加解偶联剂FCCP之后，HepG2胞内氧含量立刻开始下降。而在其后添加电子传递链抑制剂Antim-ycin A（图中未标出）后，HepG2胞内氧含量又恢复至环境氧条件下的胞内氧浓度。

图 3: 实时监测不同药物对相同3D RAFT™ structures HepG2 细胞呼吸代谢的影响

因此，实时监测胞内氧含量将对准确地反应不同条件下的细胞生理状态，信号传导过程以及细胞对药物处理的应激反应等研究问题带来极大地应用价值。
 
参考文献：
1. Chapple SJ. et al. (2015) Free Radic Biol Med. [Epub].
2. Zhdanov AV. et al. (2015) Exp Cell Res. (330) 13–28.
3. Potter M. et al. (2016) Adv Exp Med Bio. (876) 257-263.
4. Hynes and Carey (2015) Mitochondrial Medicine 1, (1264).
 
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