腫瘤在不同氧氣量的代謝相互作用（二）

Fig 5.

Fig 5. HepG2細胞經抗霉素A (Antimycin A) 和草氨酸 (Oxamate) 處理后之pH-XTRA動力學熒光信號(A) 和氫離子濃度(B)。Fig5C列出經處理及沒處理之細胞有著明顯的酸化率差異。而Fig5D顯示低氧氣濃度對胞外酸化率的影響。

一）測量糖酵解抑制作用：經草氨酸處理后乳酸脫氫酶 (LDH) 受到抑制，減少酸化。抗霉素處理后細胞增加糖酵解流量以維持ATP量，所以增加酸化率。
二）低氧增加Warburg 反應：氧濃度從21％降低至6％，導致酸化率增加。

氧濃度與3維培養

Fig 6.

Fig 6. 測量HepG2 3D RAFT (TAP Biosystems)細胞結構之胞內氧氣量： 通過BMG Labtech Omega/ACU 細胞專用讀板機 調節周邊氧氣量在21 ％和1％之間 (A)，及跨越各種氧濃度下線粒體經調節劑處理之反應(B)。
（1）細胞供氧低于溶液中的氧：使用MitoXpress? Intra 測量細胞的氧含量，發現胞內氧氣水平跟周邊水平（ACU水平）有著顯著分別 （A）。
（2）缺氧環境：溶液中的氧氣仍是約 3 ％，但細胞已出現缺氧呼吸（A） 。
（3） 測定線粒體毒性：抗霉素，魚藤酮 (Rontenone) 和FCCP處理后改變細胞的氧濃度，反映線粒體毒性。
注： MitoXpress?Intra 探針是在不同處理劑添加前16小時前添加的。該探針非常穩定并可逆，可以在特定氧氣條件下進行實時監控（多個）藥物對細胞的影響。

在特定控制氧氣量時加藥

Fig 7.

Fig 7. 在周邊氧濃度為21％下使用MitoXpress?- Intra測量經藥物處理后之HepG2 3D RAFT細胞團氧含量之改變。
（1）藥品添加：加入線粒體解偶聯劑FCCP，引起3D RAFT細胞團出現短暫但顯著的深化缺氧。

注： MitoXpress?Intra 探針非常穩定并可逆，可以在特定氧氣控制條件下進行實時監控（多個）藥物對細胞的影響。不需要額外的化學程序。

通過使用胞內氧（MitoXpress-Intra）和糖酵解通量（pH Xtra）試劑盒及BMG Omega/ACU 細胞專用讀板機 （在平行井或同一井）允許方便地測量細胞能量潛力 (Energy Budget)，從而可對細胞系進行代謝圖譜探究。

雖然測量2D細胞單層培養也能得到非常多資料，但通過胞內氧（MitoXpress-Intra）和糖酵解通量（pH Xtra）試劑盒及BMG Omega/ACU 細胞專用讀板機可以方便地測量3D 細胞團的能量潛力，并提供了更多的更接近生理狀態下的細胞相關數據。例如利用球細胞團 （Spheroid）研究腫瘤生物學。Fig8顯示出從三個細胞系產生的球細胞團的氧濃度。球細胞團內的缺氧深度可能相當大，缺氧程度跟細胞團大小和代謝狀態相關。MitoXpress?Intra細胞穿透性染料允許測量整個球細胞團的氧濃度*。

Fig 8.

Fig 8. 氧化細胞系產生的球細胞團的胞內氧氣量

代謝圖譜 ： 3個細胞系有著不同的胞內氧氣量/呼吸需要。 RD 及New U87MG 均比環境氧氣量低。

結論

MitoXpress? - Intra和pH- Xtra為測量細胞單層的氧氣量及細胞能量潛力提供了一個易于使用的解決方案。
兩個探針都是穩定并可逆的，不需要額外的化學程序（不需礦物油層覆蓋細胞）。
MitoXpress? - Intra和pH- Xtra可以在平行井或同一井內進行使用，使用高端分辨熒光讀板機（BMG LABTECH FLUOstar Omega/ ACU）可進行準確測量。
這研究顯示在環境，培養液，及細胞層的氧氣量有著顯注的差異，- 所以顯出了測量細胞層內氧氣濃度的重要性。 其效果在3D RAFT 細胞團及球細胞團中更顯著。
改變 “可用氧氣量” 可以顯著引起細胞代謝變化，其中包括糖酵解流量顯著增加。
MitoXpress? - Intra和pH- Xtra可提供高通量解決方案去衡量藥物在已知及控制的氧氣水平下對細胞代謝的影響。