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中空纤维测试法进行药物体内活性筛选

靶向肿瘤血管的新药物进入临床的进程,依赖于合适的临床前分析对药物活性的确认。通过不同的测试,分析终点要么是在特定区域检测到新生血管生长,形成最低限度血管化(如人工基底膜或海绵测试),要么是从现有血管分化形成新血管系统(如背皮室)。目前,在该领域使用的体内测试法有不同的特点和限制,所以依此产生的结果不甚理想。所以需要开发新的体内筛选测试法。




美国国家癌症研究所(NCI)使用的中空纤维测试法(HFA)常用于抗肿瘤药物体内活性的筛选。在NCI的这个测试方法中,人肿瘤细胞系载入到具有良好生物相容性的PVDF中空纤维膜内,纤维内径1mm,孔径500kD,故而,膜孔可允许大分子和药物自由通过,并限制细胞通过。中空纤维一般剪成2cm长度,两端热封后,按无菌手术程序,将纤维植入麻醉小鼠的皮下和腹腔。从第3天起,连续4天对小鼠进行给药处理,在第7-10天停止,使用MTT细胞活性分析法分析细胞活性,比较给药小鼠和未给药小鼠中空纤维内的活细胞数量。


中空纤维测试法稍经优化后,同样适用于血管相关的研究。采用这种测试法的基本原理是在实验的研究中,延长测试时间,即超过标准的6天周期,以在植入于皮下的纤维周围会形成广泛的血管网。这样,就可以用于抗血管形成和其它血管靶向策略的研究。只需将纤维植入皮下,且植入纤维的尺寸和数量较小,可使由于纤维植入和组织缝合而导致的纤维周围炎症反应最小化。用药结束后,对新生血管进行免疫组织化学分析,以对药物作用进行定量分析。

 

材料

 

● 聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜,内径1.0mm,截留分子量500kD。产品长度180mm,并提供不同的颜色,以区别植入同一动物的不同细胞系。产品提供预灭菌和未灭菌包装。
● 待测肿瘤细胞系
● 实验小鼠
● 无菌注射器,带21G针头
● 无菌水及70%乙醇溶液
● 组织培养基,如RPMI 1640,补充10%或20%胎牛血清(FCS)、2mM 丙酮酸钠和2 mM L-谷氨酰胺,4℃储存
● 0.25% 胰蛋白酶-EDTA溶液,-20℃储存。
● 细胞计数器、细胞培养皿等常规实验室耗材

 

方法

 

评估药物对载有肿瘤细胞的中空纤维周围血管形成的作用的操作程序包括以下4步:中空纤维浸润并灭菌,载入中空细胞;纤维植入受体小鼠并给药处理;取出纤维,并进行分析前处理;分析。

 

中空纤维准备和细胞载入

 

1.  用注射器,向纤维内注入70%乙醇,冲洗纤维。

2.  将冲洗后的纤维置于含乙醇的托盘内,使纤维完全浸没。

3.  如使用为灭菌纤维,需先对纤维进行灭菌处理。用蒸馏水冲洗纤维,并去除气泡后,完全浸没与灭菌盒内的蒸馏水中,密封灭菌盒后,131℃,高压灭菌5cm。

4.  使用细胞计数器对培养的肿瘤细胞系进行细胞计数,调节至所需的细胞密度。

5.  用5ml无菌注射器吸取约3-4ml含细胞培养基,连接无菌针头后,将细胞注入中空纤维内腔。将充满细胞的纤维置于托盘上,用培养基覆盖。

6.  用酒精灯加热持针钳,每隔~1.5cm热密封纤维,然后用剪刀在密封处剪断纤维。

7.  将分段后的纤维置于含新鲜培养基的6孔板内,孵育过夜,37℃,5%CO2,然后植入操作。


 

中空纤维体内植入和给药处理

 

1. 小鼠用2%异氟烷吸入麻醉。

2. 在靠近左腿的背部皮肤做一小切口,用套针将纤维置于皮下。用组织缝合胶闭合切口。用同样的方法在右腿背部植入纤维。

3. 小鼠转移至37摄氏度的温箱内,直至从麻醉中苏醒,然后在返回至饲养笼,并持续观察。


 

中空纤维取出和处理

 

1.  接种后,按不同计划,进行给药处理,达到预定时间后,小鼠处死。

2.  在小鼠背部的纤维植入部位做切口,观察纤维周围组织,并取样制备石蜡切片。

3.  取出纤维,回收纤维内细胞,以做进一步分析。

 

结合免疫组织化学分析和细胞学分析评估对药物对肿瘤细胞/组织新生血管形成的影响。

 

Tips

1. 细胞系选择通常要求其可刺激血管生成,如高VEGF表达。使用ELISA分析比较相同时间的体内、体外中空纤维实验的VEGF水平,可对其进行确认。

2. 研究血管生成作用时,需要植入更长的时间,人肿瘤细胞系必需植入免疫缺陷型裸鼠,而如果使用鼠肿瘤细胞系,植入免疫完整或免疫缺陷型小鼠均可。

3. 纤维必需湿润保存,如发生干燥,需重新开始试验。

4. 纤维在143℃时会融化,且高压灭菌温度不可超过131℃。

5. 细胞密度取决于所选细胞系的生长特性,通常,推荐密度范围为2x10^5-1x10^7cells/mL。


中空纤维测试法通过将包封有肿瘤细胞的纤维植入实验动物体内,再进行给药处理,可以高通量地进行药物体内活性筛选,相比移植瘤模型,操作更简单,实验时间更短,同时可节省实验动物和待测药物用量,是药物体内活性初筛的绝佳选择。



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