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Agilent xCELLigence
RTCA CardioECR
세포외 전위·임피던스 심장 독성 

Cellular Impedance와 Extracellular Recording(ECR)을 동시 측정하여 심근 수축력과 전기생리학적 활동 전위를 라벨 없이 실시간 분석

Agilent xCELLigence RTCA CardioECR 기기는 세포 유도 전기 임피던스의 고주파 측정을 다중 전극 배열(MEA) 기술과 결합하여 심근 세포의 수축성, 생존력 및 전기 생리학적 특성을 동시에 평가합니다. xCELLigence RTCA CardioECR 기기는 임피던스와 필드 전위를 동시에 기록하여 전례 없이 세부적으로 심근 세포의 상태를 보여주므로 약물 유발성 심장 손상의 근본적인 메커니즘을 더 깊이 있게 이해할 수 있습니다. CardioECR은 또한 전자 페이싱 기능을 통해 hiPSC 심근세포를 기능적으로 성숙시키는 데 사용할 수 있습니다. 페이싱된 hiPSC 심근세포는 안전성/독성 평가, 신약 개발 및 심장 질환 연구를 포함한 다양한 응용 분야에서 사용되는 크게 개선된 세포 모델을 제공합니다.

xCELLigence RTCA

Features

  • 단기 및 장기 심장 박동 활동에 미치는심장기능 독성 영향을 검출하고 일반 독성을 확인할 수 있는 대량 신속 처리 분석법 제공

  • 연구 결과를 부정맥 유발 활동과 상호 연관시킴

  • 화합물 작용 메커니즘에 대한 인사이트 제공

How it works

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CardioECR 임피던스

xCELLigence RTCA CardioECR 기기는 임피던스 기록과 MEA(Multi-electrode Array) 기술 및 페이싱 기능을 결합하였습니다 각 웰의 바닥에 용융된 바이오 센서가 내장된 48-well electronic  microplates(E-Plate CardioECR 48)에 심근 세포가 시딩됩니다(그림 1A-C).
xCELLigence RTCA CardioECR 시스템의 향상된 임피던스 측정 속도(매 1ms) 덕분에 연속적인 심근 세포 수축/이완 작용의 미세한 변화를 확인할 수 있는 매우 높은 시간 분해능이 제공됩니다. 세포 생존력 및 수축 활성을 모니터링하는 이러한 기능 외에도 웰 바닥에 있는 추가 바이오 센서를 이용해(그림 1C) 임피던스 기록과 병행하여 10kHz로 세포 외 필드 전위(FP) 측정을 수행할 수 있습니다(그림 2B).

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수축과 이완의 비교

저전압(20mV 미만)을 인가하면 전극 사이에 전류가 형성되며, 이러한 전류는 전극을 덮고 있는 세포의 수, 해당 세포의 형태 및 세포 부착 강도에 따라 서로 다르게 변조됩니다. 심근 세포 수축/이완 주기 동안에는 세포 형태와 부착에 상당한 변화가 수반되기 때문에 임피던스를 사용하여 이를 동적으로 모니터링할 수 있습니다(그림 2A-B). xCELLigence RTCA CardioECR 시스템의 향상된 임피던스 측정 속도(매 1ms) 덕분에 연속적인 심근 세포 수축/이완 작용의 미세한 변화를 확인할 수 있는 매우 높은 시간 분해능이 제공됩니다. 세포 생존력 및 수축 활성을 모니터링하는 이러한 기능 외에도 웰 바닥에 있는 추가 포인트 전극을 이용해 임피던스 기록과 병행하여 10kHz로 세포 외 필드 전위(FP) 측정을 수행할 수 있습니다.

 

그림 2. 임피던스와 필드 전위를 동시에 사용하여 심근 세포의 건강과 기능을 모니터링합니다. (A) 단일 전극에 부착된 두 심근 세포의 수축 상태와 이완 상태 비교. 세포 크기/모양의 차이와 세포가 전극에 접촉하는 방식으로 인해 이 두 상태가 전류 흐름을 서로 다르게 방해합니다. (B) 심근 세포 수축(빨간색, 녹색, 파란색 및 분홍색 트레이스) 및 필드 전위(통합 이온 채널 활성, 검정색 트레이스)를 동시에 실시간으로 모니터링합니다. 음성 대조군(위쪽 트레이스 세트)과 비교하여 여기에서 평가된 세 가지 약물(아래쪽 세 개의 트레이스 세트)은 수축과 필드 전위 모두에 뚜렷한 영향을 미칩니다.

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CardioECR 소프트웨어

RTCA CardioECR 소프트웨어는 효율성과 직관적인 상태를 유지하면서 강력한 데이터 분석과 함께 간편한 실험 설정 및 실행을 지원합니다. 임피던스 및 필드 전위를 실시간으로 동시에 측정하고 데이터 트레이스를 중첩시키거나(그림 참조) 개별적으로 표시합니다.

Application

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심장 질환 모델링

유전 심장 질환의 병리학적 세포 표현형은 질환별 인간 유도 만능 줄기세포 심근세포(hiPSC-CM)를 사용해 모델링할 수 있습니다. 모델링을 통해 전기 및 수축 결합을 훼손하는 메커니즘에 대한 이해를 확대할 수 있습니다.

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심장 안전 독성학

인간 유도 만능 줄기세포 심근세포(hiPSC-CM)는 약물 책임을 평가하는 데 사용되었습니다. xCELLigence RTCA CardioECR 시스템은 화합물과 의약품의 기저 독성을 조사하고 이해하는 데 사용할 수 있는 고유한 멀티플렉스 검출 분석법을 제공합니다.

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심장병 신약 개발

인간 유도 만능 줄기세포 심근세포(hiPSC-CM)는 심근세포 수축성을 조절할 수 있는 이노트로피 화합물을 포함해 새로운 치료 접근법의 효능과 독성을 모두 테스트할 수 있는 새로운 모델 시스템을 제공합니다.

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CiPA(Comprehensive In Vitro Proarrhythmia Assay) 이니셔티브

HESI, FDA, 안전 약리학 협회가 주도하는 CiPA 이니셔티브는 심장 안전성 평가에 대한 현재 FDA 규정 가이드라인의 수정 가능성을 평가하는 데 목적을 두고 있습니다. xCELLigence RTCA CardioECR은 검증을 위한 핵심 기술로 선택되었으며, Phase I 및 Phase II에 참여했습니다.

Overview of RTCA instruments.

Literature

FAQ

  • 실시간 세포 분석(RTCA)을 통해 사용자는 비표지 라이브셀 임피던스 분석을 수행하고 세포 상태, 거동 및 기능을 지속적으로 모니터링할 수 있습니다. Agilent xCELLigence 시스템은 비침습적 바이오센서 기술을 사용하여 수 초에서 수 일까지 이어지는 분석 기간 동안 세포 특성 분석에 도움이 되는 객관적이고 감도가 높은 동역학 데이터를 제공합니다.

      

    실시간 세포 분석 기술은 세포 수, 세포 형태, 세포 기질 부착 품질, 및 세포 장벽 기능에 대한 정량적 판독 결과를 제공합니다. 세포 부착, 세포 증식, 약물/바이러스/세포 매개 세포독성, 줄기세포 분화, 세포 장벽 기능 형성/파괴, GPCR 반응, 세포 침습 및 이동을 포함한 다양한 생물학적 프로세스를 최소한의 노력으로 실시간 모니터링할 수 있습니다.

  • xCELLigence RTCA 기술을 이용하면 세포 부착, 세포 증식, 약물/바이러스/세포 매개 세포독성, 줄기세포 분화, 세포 장벽 기능 형성/파괴, GPCR 반응, 세포 침습 및 이동을 포함한 다양한 생물학적 프로세스를 실시간 모니터링할 수 있습니다. 세포 수, 세포 형태, 세포 기질 부착 품질 또는 세포 장벽 기능에 영향을 미치는 모든 세포 과정을 최소한의 노력으로 조사할 수 있으며, 분석 시간은 수 초에서 수 일까지 다양합니다.

      

    Agilent xCELLigence 시스템은 비침습적 바이오센서 기술을 사용하여 객관적인 고감도의 동역학 데이터를 제공합니다. 이를 위해 특수 마이크로플레이트 바닥에 내장된 바이오센서와의 부착 정도로부터 유도되는 비표지 세포 임피던스가 이용됩니다.

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    세포 임피던스는 웰 바닥에 통합된 골드 마이크로전극 바이오센서에 저전압 전기장을 인가하는 식으로 작동합니다. 세포가 이러한 전극에 부착되면 전극 표면 근처의 이온 흐름이 방해를 받습니다. 전극-용액 계면에 부착된 세포가 있으면 전자 흐름이 방해받아 임피던스 측정값이 변합니다. 이 변화는 세포 지수라는 단위 없는 값으로 변환됩니다.

      

    세포 지수는 [(시점 n에서의 임피던스 - 세포가 없는 경우의 임피던스)/공칭 임피던스]로 정의됩니다. xCELLigence 실시간 세포 분석은 비침습적인 비표지 실시간 세포 임피던스 분석의 기능적 출력값으로 세포 지수를 사용합니다. 임피던스 측정의 척도인 세포 지수는 특수 E-Plate에서 성장하는 세포의 수, 모양 및 부착에 비례합니다.

  • xCELLigence 시스템은 마이크로플레이트 웰(Agilent RTCA E-Plate)의 바닥면에 접합된 골드 마이크로전극 바이오센서를 사용합니다. 이 전극들은 서로 맞물린 배열로 웰 표면의 상당 부분을 덮고 있습니다. 이러한 전극에 낮은 전위(22mV)가 인가됩니다. 전극 표면에 부착된 세포는 전류 흐름을 방해하며, 이 임피던스의 크기는 세포의 수, 세포의 크기와 모양, 그리고 세포-기질 부착 정도에 따라 달라집니다. 이 기기는 이러한 임피던스의 변화를 실시간으로 측정합니다.

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  • 세포 증식은 세포가 바이오센서에 부착, 확산, 분열할 때 임피던스(세포 지수)의 증가를 모니터링하여 실시간으로 측정합니다. 세포 수 또는 부착 정도가 증가하면 측정된 임피던스 값과 그에 따라 관찰되는 세포 지수도 증가합니다. 측정이 연속적으로 이루어지므로 세포 성장의 전체 동역학적 프로파일을 포착할 수 있습니다.

  • 세포 침습 및 이동은 특수 Agilent RTCA CIM-Plate(세포 침습 및 이동)를 사용하여 측정합니다. 세포 침습 및 이동 플레이트(CIM-Plate 16)는 미세다공성 멤브레인으로 분리된 상하 챔버로 구성된 16웰 전자 집적형 Boyden 챔버입니다. 골드 바이오센서는 멤브레인 아랫면에 통합되어 있습니다. 상부 챔버에 시딩된 세포는 일반적으로 화학유인물질이 포함된 하부 챔버로 미세 다공성 멤브레인을 통과해 이동합니다. 임피던스 센서에 부착된 세포는 Agilent xCELLigence RTCA DP 기기를 통해 실시간으로 모니터링됩니다. 임피던스 변화에 따라 이동 또는 침습의 속도와 정도가 정량화됩니다. 이 분석은 비표지이며 정량적입니다.

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  • 세포 사멸은 시간 경과에 따른 임피던스(세포 지수, CI) 감소를 모니터링하여 측정합니다. 세포가 원형화, 분리, 용해와 같은 사멸 과정을 겪으면서 바이오센서와의 상호작용이 감소합니다. 세포 원형화, 분리, 용해와 같은 약물 및 면역 세포에 의한 세포 변화는 임피던스 신호의 점진적인 감소로 감지됩니다. 이러한 지속적인 모니터링을 통해 세포 사멸의 동역학을 동적으로 관찰할 수 있습니다.

  • 부착된 표적 세포의 면역 세포 사멸은 표적 세포의 임피던스 신호 감소를 통해 실시간으로 측정됩니다. 부착된 표적 세포는 임피던스 신호를 생성하는 반면, 비부착 효과 세포(NK 세포 또는 CAR T 세포 등)는 여기에 크게 기여하지 않습니다. CAR T 세포에 의해 표적 세포에서 발생하는 생화학적 및 세포적 변화는 임피던스 신호의 점진적인 감소로 감지됩니다. 이러한 감소는 표적 세포의 원형화, 분리 및 용해와 관련이 있습니다. 이 시스템을 통해 과학자들은 전체 세포 용해 과정을 동적으로 모니터링하고 시간 경과에 따른 세포 용해율을 계산할 수 있습니다. 크롬 방출 분석, LDH 방출 분석, MTT, 유세포 분석과 같은 표준 엔드포인트 분석법과 달리, RTCA 기술은 세포의 동역학적 변화를 반영하는 여러 데이터 포인트의 연속적인 시간 경과를 생성하며, RTCA 분석 완료 후 세포에 대한 직교 분석을 수행할 수도 있습니다.

  • 약물 매개 세포독성은 성장 중인 세포 배양액에 화합물을 첨가한 후 세포 임피던스 동역학적 변화를 모니터링하여 측정합니다. 세포독성 약물은 세포 증식, 크기, 형태 또는 부착 품질에 영향을 미치며, 이는 일반적으로 세포 지수의 변화(일반적으로 감소)로 측정됩니다. 세포 증식, 세포 크기 또는 형태, 그리고 세포-기질 부착 품질을 실시간으로 모니터링하여 약물 또는 화합물의 세포독성 효과를 확인합니다. 실시간 모니터링으로 약물에 대한 동역학적 반응을 포착하여 시간 의존적인 IC50 값을 계산하고, 특징적인 동역학적 패턴을 기반으로 약물 작용 기전에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.

  • xCELLigence 시스템의 경우와 같은 비표지 라이브셀 분석법을 이용하면 세포 생물학이나 치료에 영향을 줄 수 있는 표지 염료나 시약 없이 세포를 더욱 생리적 상태로 유지할 수 있습니다. 또한 값비싼 시약으로 세포를 표지할 필요가 없기 때문에 경제적이기도 합니다. RTCA는 크롬 방출 분석, LDH 방출 분석, MTT 및 기타 표준 분석법과 같은 엔드포인트 분석에서 얻어지는 단일 데이터 포인트와 달리, 몇 시간 또는 며칠 동안 풍부한 데이터 포인트를 제공합니다. 이 기술은 자동화되어 있어 세포를 시딩하고 화합물을 첨가한 후에는 무인 실험이 가능하여 시간과 노력이 절약되고 직원들이 다른 작업에 집중할 수 있습니다.

  • RTCA 분석법은 크롬 51 방출 분석법과 같은 단일 엔드포인트 분석법과 달리 세포 변화를 실시간으로 지속해서 모니터링하여 시간 경과에 따른 세포 거동의 완전한 동역학적 기록을 제공합니다. xCELLigence RTCA는 비표지이고, 방사성이 없으며, 노동 집약도가 낮고, 객관적이고 정량적인 데이터를 제공합니다.

  • 다른 엔드포인트 분석법과 마찬가지로, LDH 방출 분석법은 어떤 한 시점에서의 세포 상태만 제공합니다. 이와 대조적으로, RTCA는 실시간 동적 모니터링을 제공하여 수 시간 및 수 일에 걸친 전체 동역학적 반응을 포착합니다. RTCA는 비표지이고 비침습적이며, 객관적이고 정량적인 판독 결과를 제공하고, 기존 분석법보다 수작업 시간이 단축됩니다.

  • IFNγ 방출은 면역 세포 활성화만 측정하는 반면, RTCA는 표적 암세포의 변화를 통해 면역 세포 사멸 효능을 직접 측정합니다. RTCA는 사멸 과정에 대한 실시간 연속 동역학 데이터를 제공하므로 엔드포인트 분석에서는 얻을 수 없는 사멸 속도와 정도에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다. RTCA는 표적 세포와 면역 세포의 상호작용에 따른 기능적 결과를 평가하는 객관적 비표지 분석법입니다.

  • 임피던스 신호(세포 지수, 또는 CI)는 세포 수, 증식률, 세포 크기/형태, 세포-기질 부착 품질과 상관관계를 나타내는 정량적 측정값입니다. 부착, 확산, 형태 변화, 증식, 세포 사멸/용해, 심지어 심근세포 수축 등의 동적 과정과 같은 세포 상태 또는 거동의 변화는 이러한 물리적 특성에 영향을 미치며, xCELLigence RTCA 기술로 측정되는 실시간 임피던스 추적에 반영됩니다.

  • Agilent xCELLigence RTCA E-Plate는 생체 적합성 골드 바이오센서를 사용하며, 낮은 전위를 사용하기 때문에 세포에 비침습적입니다. E-Plate에 세포를 넣고 전처리 없이 모니터링하는 것이 표준 워크플로입니다. 그러나 경우에 따라 특정 세포외 기질 단백질과의 부착력 연구나 특정 세포 유형 또는 장벽 기능 분석과 같은 특정 응용 분야에는 플레이트를 미리 코팅하는 것이 유용할 수 있습니다.

  • 비부착 세포는 바이오센서와의 상호작용이 약하거나 전혀 없기 때문에 임피던스 신호에 크게 기여하지 않습니다. 면역 세포 사멸 분석은 부착 표적 세포의 사멸을 모니터링하기 위해 이렇게 NK 및 CAR T 세포의 부착력이 약한 점을 이용하며, 이 신호는 부착 표적의 상태를 반영합니다. 혈액암 세포와 같은 비부착 표적 세포는 Agilent xCELLigence Immunotherapy(IMT) 키트를 사용하여 웰 바닥에 효과적으로 고정할 수 있습니다. 이 키트는 항체를 사용하여 암세포 표면의 항원을 결합하여 모니터링을 가능하게 합니다.

  • Agilent xCELLigence 실시간 세포 분석(RTCA) 시스템은 바이러스 농도 및 세포독성 동역학을 평가하는 데 사용할 수 있습니다. 이 시스템은 바이러스 매개 세포용해에 대한 실시간, 비표지, 비침습적 분석을 제공하여 바이러스 세포변성효과(CPE)를 모니터링하는 강력한 도구 역할을 합니다. 염색 및 수동 계수가 필요한 기존의 플라크 분석과 달리, RTCA는 웰 바닥에 통합된 골드 미세전극 바이오센서를 사용하여 세포 변화를 동적으로 추적합니다. 이를 통해 연구자들은 높은 감도와 재현성으로 바이러스 역가와 세포독성을 평가할 수 있습니다.

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