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細胞外フラックスアナライザー XFe24/XFe96

複合領域・汎用心血管領域神経科学領域腫瘍・がん研究

細胞外フラックスアナライザーを用いた代謝経路・化合物のプロファイリング

細胞を対象としたアッセイ法は、動物実験の代替法として広く用いられています。特に未知の化合物から有効な薬剤候補を絞り込むスクリーニングでは、動物実験の前段階の有効な手段です。

細胞外フラックスアナライザーXF24は、糖尿病、肥満、がん研究における、代謝経路プロファイリングや化合物のプロファイリングに威力を発揮します。細胞エネルギー代謝プロファイル、代謝阻害剤への反応の検出、細胞毒性試験など、様々なアプリケーションへの活用が期待されます。

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エネルギー代謝の時間分解プロファイル

酸素消費速度(OCR)を縦軸、細胞外酸性化速度(EACR)を横軸に取り、細胞のエネルギー代謝プロファイルを測定することが可能です。

細胞の好気呼吸が亢進した場合、エネルギー代謝プロファイルはベースラインより左上の領域に、解糖が亢進した場合はベースラインより右下の領域にプロファイルされます。また、エネルギー代謝促進剤で刺激した場合は、ベースラインより右上の領域に、逆に代謝阻害剤で処理した場合はベースラインより左下にプロファイルされます。

本実験は代謝プロファイルを時間分解計測したものです。脂肪酸の取り込みを誘導するAICARで処理し、35分後に安定したところで、β酸化を誘導しました。C2C12細胞で好気呼吸が亢進されていることが一目でわかります。その後10分おきに85分まで計測した後、今度は逆にβ酸化を阻害しました。すると細胞のエネルギープロファイルは定常状態に戻りました。

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各種代謝阻害剤の反応を高感度に検出

現在までに様々な代謝阻害剤が開発されています。
右図は2つの培養細胞H460とA549(ともに肺由来)を用い5種類の阻害剤で処理した場合の細胞のエネルギー代謝をプロファイルしています。

GLUT1阻害剤のPhloretinで処理した場合、他の阻害剤と比較し、OCR・ECARともに減少しています。これはPhloretinがGLUT1の阻害だけではないエネルギー代謝の阻害効果をもつことを示唆しています。

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初期細胞毒性の高感度な検出

XF24でエネルギー代謝プロファイルを計測することにより、通常行われる細胞生存試験では検出できなかった、初期細胞毒性を検出することが可能です。

A-XXXは、共同研究開発先の製薬企業における前臨床試験時に毒性が示され、開発中止となった物質です。一般的なcell viability試験(左図)では検出されなかった毒性が、XF24を用いたエネルギー代謝プロファイルの計測によって検出されました(右図)。

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ビグアナイド系血糖降下剤の比較

ビグアナイド系薬剤は、肝臓における糖新生を抑制し、血糖降下作用を持つことから、2型糖尿病の治療薬として古くから使用されてきました。
ビグアナイド系薬剤の重篤な副作用として、乳酸アシドーシスが挙げられます。ビグアナイド系薬剤の一種であるPhenformin(フェンホルミン)は、1970年代に服用患者の重篤な乳酸アシドーシスが多発したことから発売中止となりました。現在使用されているビグアナイド系薬剤は、メトフォルミン、ブホルミンです。


HepG2細胞に25分間隔でメトフォルミン、ブホルミンまたはフェンフォルミン125μMを追加することで刺激し、濃度依存的なOCR(酸素消費速度)、ECAR(細胞外酸性化速度)を計測しました。
フェンフォルミンで刺激した場合、他の2種に比べ、酸素消費速度(OCR)の減少(左図)と細胞外酸性化速度(ECAR)の増加(右図)が、顕著に観察されました。

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細胞の品質チェック

右図の実験は、成熟ネコ心筋細胞の初代培養において、健常な細胞が通常、OCR 200-300pmol/分でごくわずかなECARを示すのに対し、培養条件に問題があるとエネルギー代謝プロファイルに変化が見られることを示しています。

顕微鏡下でこれらを見た場合、健常な細胞は、30分間の連続した反復収縮をしますが、健常でない細胞では刺激に対し過収縮します。

また、代謝エネルギーのプロファイルを計測することにより、無侵襲的に細胞の品質チェックをすることが可能です。

右図は、細胞の種類によって代謝プロファイルに特徴があることを示しています。



細胞外フラックスアナライザーXFを用いた論文は、 Agilent Technologies社ウェブサイトに多数紹介されています。


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