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Dual-Purpose Aptamer-Based Sensors for Real-Time, Multiplexable Monitoring of Metabolites in Cell Culture Media
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2024-09-10 , DOI: 10.1021/acsnano.4c06813 Yiling Yang 1, 2 , Xumei Gao 2, 3 , Bryce Widdicombe 1 , Xiaodan Zhang 3 , Jana Lorraine Zielinski 3 , Tianhong Cheng 3 , Avanka Gunatilaka 3 , Kaylyn K Leung 4 , Kevin W Plaxco 4 , Ranjith Rajasekharan Unnithan 1, 2 , Alastair G Stewart 2, 3
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2024-09-10 , DOI: 10.1021/acsnano.4c06813 Yiling Yang 1, 2 , Xumei Gao 2, 3 , Bryce Widdicombe 1 , Xiaodan Zhang 3 , Jana Lorraine Zielinski 3 , Tianhong Cheng 3 , Avanka Gunatilaka 3 , Kaylyn K Leung 4 , Kevin W Plaxco 4 , Ranjith Rajasekharan Unnithan 1, 2 , Alastair G Stewart 2, 3
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The availability of high-frequency, real-time measurements of the concentrations of specific metabolites in cell culture systems will enable a deeper understanding of cellular metabolism and facilitate the application of good laboratory practice standards in cell culture protocols. However, currently available approaches to this end either are constrained to single-time-point and single-parameter measurements or are limited in the range of detectable analytes. Electrochemical aptamer-based (EAB) biosensors have demonstrated utility in real-time monitoring of analytes in vivo in blood and tissues. Here, we characterize a pH-sensing capability of EAB sensors that is independent of the specific target analyte of the aptamer sequence. We applied this dual-purpose EAB to the continuous measurement of pH and phenylalanine in several in vitro cell culture settings. The miniature EAB sensor that we developed exhibits rapid response times, good stability, high repeatability, and biologically relevant sensitivity. We also developed and characterized a leak-free reference electrode that mitigates the potential cytotoxic effects of silver ions released from conventional reference electrodes. Using the resulting dual-purpose sensor, we performed hourly measurements of pH and phenylalanine concentrations in the medium superfusing cultured epithelial tumor cell lines (A549, MDA-MB-23) and a human fibroblast cell line (MRC-5) for periods of up to 72 h. Our scalable technology may be multiplexed for high-throughput monitoring of pH and multiple analytes in support of the broad metabolic qualification of microphysiological systems.
中文翻译：
基于两用适子的传感器，用于实时、多路复用监测细胞培养基中的代谢物
细胞培养系统中特定代谢物浓度的高频实时测量将使对细胞代谢的更深入理解，并促进良好实验室规范标准在细胞培养方案中的应用。然而，目前可用的方法要么局限于单时间点和单参数测量，要么局限于可检测的分析物范围。基于电化学适配体 （EAB） 的生物传感器已被证明可用于实时监测血液和组织中的体内分析物。在这里，我们表征了 EAB 传感器的 pH 传感能力，该能力与适配体序列的特定目标分析物无关。我们将这种两用 EAB 应用于多种体外细胞培养环境中 pH 值和苯丙氨酸的连续测量。我们开发的微型 EAB 传感器具有响应时间短、稳定性好、可重复性高和生物学相关灵敏度等特点。我们还开发并表征了一种无泄漏的参比电极，可减轻传统参比电极释放的银离子的潜在细胞毒性作用。使用所得的两用传感器，我们在超融合培养的上皮肿瘤细胞系 （A549、MDA-MB-23） 和人成纤维细胞系 （MRC-5） 的培养基中每小时测量 pH 值和苯丙氨酸浓度长达 72 小时。我们的可扩展技术可以进行多重检测，用于 pH 值和多种分析物的高通量监测，以支持微生理系统的广泛代谢鉴定。
更新日期：2024-09-10
中文翻译：
基于两用适子的传感器，用于实时、多路复用监测细胞培养基中的代谢物
细胞培养系统中特定代谢物浓度的高频实时测量将使对细胞代谢的更深入理解，并促进良好实验室规范标准在细胞培养方案中的应用。然而，目前可用的方法要么局限于单时间点和单参数测量，要么局限于可检测的分析物范围。基于电化学适配体 （EAB） 的生物传感器已被证明可用于实时监测血液和组织中的体内分析物。在这里，我们表征了 EAB 传感器的 pH 传感能力，该能力与适配体序列的特定目标分析物无关。我们将这种两用 EAB 应用于多种体外细胞培养环境中 pH 值和苯丙氨酸的连续测量。我们开发的微型 EAB 传感器具有响应时间短、稳定性好、可重复性高和生物学相关灵敏度等特点。我们还开发并表征了一种无泄漏的参比电极，可减轻传统参比电极释放的银离子的潜在细胞毒性作用。使用所得的两用传感器，我们在超融合培养的上皮肿瘤细胞系 （A549、MDA-MB-23） 和人成纤维细胞系 （MRC-5） 的培养基中每小时测量 pH 值和苯丙氨酸浓度长达 72 小时。我们的可扩展技术可以进行多重检测，用于 pH 值和多种分析物的高通量监测，以支持微生理系统的广泛代谢鉴定。
京公网安备 11010802027423号