UMGANG MIT COVID-19 – Wir setzen uns dafür ein, unsere wissenschaftliche Gemeinschaft während dieser Pandemie zu unterstützen. Mehr erfahren 

Ionenkanäle

Was sind Ionenkanäle?

Ionenkanäle sind Poren in der Zellmembran, die den Durchgang von Ionen durch die undurchlässige Lipidzellmembran ermöglichen. Der Fluss von Calcium, Kalium und Natrium ist für viele zelluläre Prozesse, wie die Muskelkontraktion im Herzen, die Insulinausschüttung in der Bauchspeicheldrüse, die Übertragung von Impulsen im Nervensystem (z. B. Schmerz) und die Aktivierung von T-Zellen, sehr wichtig. Im Gegensatz zu GPCRs (G-Protein-gekoppelte Rezeptoren) ermöglichen Ionenkanäle einen passiven Ionenfluss in Richtung des Gleichgewichts. Der Fluss ist vom Unterschied der Ionenkonzentration außerhalb und innerhalb der Membran und dem Membranpotenzial (d. h. dem Unterschied zwischen dem inneren und dem äußeren elektrischen Potenzial) abhängig.


FLIPR Potassium Assay Kit – Prinzip

Hochdurchsatz-Screening von Ionenkanälen in der Wirkstoffforschung

Mutationen in Ionenkanal-Genen können den Ionen-Fluss verändern und das elektrochemische Gleichgewicht stören. Anomalien in Ionenkanälen werden mit verschiedenen Erkrankungen in Verbindung gebracht, darunter Epilepsie, Ataxie, Diabetes mellitus, Herzrhythmusstörungen und Krebs. Aus diesem Grund haben Ionenkanäle in der Wirkstoffforschung zunehmend an Bedeutung gewonnen.

Mit mehr als 400 im menschlichen Genom identifizierten Proteinfamilien stellen Ionenkanäle nach den GPCRs die zweitgrößte Klasse von Membranproteinen dar.

Lösungen für das Wirkstoff-Screening können uns dabei unterstützen, durch Wirkstoffe verursachte Änderungen der Ionenkonzentration und die Permeabilität von Ionenkanälen zu verfolgen. Noch wichtiger ist, dass die Überwachung der Ionenkanalaktivität zur Bewertung der Zytotoxizität von Wirkstoffen notwendig ist, da Off-Target-Effekte von Wirkstoffen auf die Ionenkanäle eine kardiale Toxizität bewirken können. Tatsächlich musste eine Reihe der von der FDA bereits zugelassenen Wirkstoffe aus diesem Grund vom Markt genommen werden.

 

Membranpotenzial

Traditionell ist die Patch-Clamp-Methode – die als Goldstandard betrachtet wird – die Methode der Wahl zur Messung von Veränderungen des Membranpotenzials. Diese Methode ist zwar am aussagekräftigsten, aber auch sehr arbeitsintensiv und zeitaufwändig. Sie bietet keine Lösung für das Hochdurchsatz-Wirkstoffscreening von Ionenkanälen.

Molecular Devices hat den FLIPR® Membrane Potential Assay Kit entwickelt, um einen schnellen, einfachen und zuverlässigen Fluoreszenz-Assay zur Detektion von Veränderungen des Membranpotenzials zur Verfügung zu stellen. Dieser Assay bietet eine Aussagekraft, die dem des Patch-Clamp-Verfahrens sehr nahe kommt. In Kombination mit dem FLIPR System bietet er ein sehr gutes System zum Hochdurhsatz-Screening auf Wirkstoffe, die Ionenkanäle zum Ziel haben.

 

Kaliumkanäle

Kaliumkanäle stellen die größte und vielfältigste Gruppe der Ionenkanäle dar und werden in nahezu allen Zelltypen exprimiert. Kaliumkanäle sind für eine Vielfalt von zellulären Funktionen verantwortlich, einschließlich der Aufrechterhaltung und Regulation des Membranpotenzials und der Freisetzung von Salzen, Hormonen und Neurotransmittern. Daher ist es nicht überraschend, dass Funktionsstörungen in Kaliumkanälen mit vielen humanen Erkrankungen assoziiert sind und dass Off-Target-Effekte von Wirkstoffen gegen Kaliumkanäle mit kardialer Toxizität in Verbindung gebracht wurden.

Der FLIPR® Kalium-Assay-Kit misst die funktionelle Aktivität von ligandengesteuerten und spannungsabhängigen Kaliumkanälen auf einem FLIPR System. Dieser Reagenzien-Kit bietet einen homogenen, schnellen, einfachen und zuverlässigen fluoreszenzbasierten Hochdurchsatz-Assay zur Bestimmung der Aktivität von Kaliumkanälen.

 

Lösungen zur Identifizierung früher Anhaltspunkte für die Wirksamkeit gegen Ionenkanal-Targets

Wir bieten eine Vielfalt von Assay- und Instrumentenlösungen zur Unterstützung von Funktionsstudien mit Ionenkanälen, darunter Assay-Kits, zelluläre Screening- und Imaging-Systeme und Mikroplatten-Reader. Nachfolgend werden die wichtigsten Application Notes für Membranpotenzial- und Kaliumkanal-Assays vorgestellt:

 

  • Beschreibung von hERG-Kanalblockern

    Beschreibung von hERG-Kanalblockern

    Die durch Wirkstoffe verursachte Inhibition des humanen Ether-à-go-go-Related Gen (hERG)-Ionenkanals wurde mit der Anfälligkeit von Patienten für die potentiell tödliche ventrikuläre Tachyarrhythmie, der Torsade-de-Pointes-Tachykardie, in Verbindung gebracht. In den letzten Jahren wurden einige der von der FDA zugelassenen Wirkstoffe wieder vom Markt genommen, da sie einen Off-Target-Effekt auf hERG zeigten. Als Folge daraus entstand eine wachsende Notwendigkeit, bereits in früheren Stadien der Wirkstoffforschung Verbindungen zu identifizieren, die den hERG-Kanal blockieren. Hier stellen wir den Nutzen vor, den die Anwendung des FLIPR Potassium Assay Kit auf dem FLIPR System bei der Untersuchung der Aktivität von gegen hERG gerichteten Verbindungen bringt.

    Application Note lesen:

    Beschreibung von hERG-Kanalblockern mit dem FLIPR Potassium Assay Kit auf dem FLIPR Tetra System

    Entwicklung eines CaV1.3-Kanal-Assays mithilfe optogenetischer Methoden

    Entwicklung eines CaV1.3-Kanal-Assays

    CaV1.3 ist ein spannungsabhängiger L-Typ-Calciumkanal und ein wichtiges therapeutisches Zielmolekül in der Wirkstoffforschung. Es wurde gezeigt, dass eine Reihe von Wirkstoffen zustandsabhängige Wirkungen auf CaV1.3-Kanäle ausüben, d. h. die Wirksamkeit dieser Wirkstoffe variiert in Abhängigkeit von der Spannung über die Membran (Vm) und der sich daraus ergebenden Änderung des Kanalzustands (offen, geschlossen, inaktiviert). Dies bietet wahrscheinlich die äußerst erwünschte Selektivität für pathologisch überaktivierte CaV1.3-Kanäle. Folglich besteht ein wachsender Bedarf an der Entwicklung von Hochdurchsatz-Assays zur Beurteilung der Wirkung von Kanalblockern unter verschiedenen Bedingungen.

    Derzeitige für diesen Kanal zur Verfügung stehende Screening-Techniken nutzen entweder elektrophysiologische oder fluorometrische Methoden, bei denen das Membranpotenzial durch Kalium-Zugabe moduliert wird – doch beide Ansätze gehen mit erheblichen Einschränkungen einher.

    In dieser Studie demonstrieren wir die neuartige Anwendbarkeit optogenetischer Werkzeuge auf dem FLIPR System, um mithilfe der reversiblen und präzisen Modulation der Membranspannung Screenings von zustandsabhängigen Calciumkanalblockern durchzuführen.

    Entwicklung eines Cav 1.3-Kanal-Assays mithilfe optogenetischer Methoden auf dem FLIPR Tetra System

  • Entwicklung eines zellbasierten Kaliumchlorid-Transporter-Assays

    Entwicklung eines zellbasierten Kaliumchlorid-Transporter-Assays

    Die funktionelle Beurteilung der Kalium-Ionenkanäle einer Zelle ist von entscheidender Bedeutung in der Wirkstoffforschung, insbesondere wenn es die Sicherheit des Herzens betrifft. Der FLIPR® Potassium Assay Kit nutzt die Permeabilitätsfähigkeit von Thalliumionen (Tl+) durch spannungsabhängige wie auch ligandengesteuerte Kalium(K+)-Kanäle. In diesem Assay erzeugt ein neuartiger, hochempfindlicher Tl+ Indikatorfarbstoff ein helles Fluoreszenzsignal, das proportional zur Anzahl der Kaliumkanäle im offenen Zustand ist, und liefert dadurch einen funktionellen Anhaltspunkt für die Aktivität von Kaliumkanälen.

    Application Note lesen:

    Entwicklung eines zellbasierten Kaliumchlorid-Transporter-Assays mit dem FLIPR Kalium-Assay-Kit

    Ligandengesteuerte Ionenkanäle (LGICs)

    Ligandengesteuerte Ionenkanäle (LGICs)

    Ligandengesteuerte Ionenkanäle (LGICs) sind eine große Familie von in die Membran eingebetteten Proteinen, die als Antwort auf die Bindung von Liganden wie Neurotransmittern den Durchgang von Ionen durch Membranen ermöglichen. LGICs stellen eine Klasse hochattraktiver Zielmoleküle für Wirkstoffe dar, da sie bei vielen physiologischen Funktionen eine zentrale Rolle spielen und mit zahlreichen humanen Erkrankungen in Verbindung gebracht werden.

  • Messung des Membranpotenzials

    Messung des Membranpotenzials

    Diese Application Note bietet ein grundlegendes Protokoll für die Durchführung eines Membranpotenzial-Assays auf dem FLIPR System unter Verwendung der FLIPR Membrane Potential Assay Kits sowie eine Erörterung einiger wichtiger Parameter zur Optimierung des Assays und der Fehlerbehebung.

    Der Kit kombiniert die Vorteile von sehr aussagekräftigen Daten, die mit Patch-Clamp-Daten vergleichbar sind, mit den Vorteilen des Hochdurchsatz-Screenings, das durch das FLIPR System ermöglicht wird.

    Messung des Membranpotenzials mit dem FLIPR® Membrane Potential Assay Kit auf Fluorometric Imaging Plate Reader (FLIPR®) Systemen

    Membranpotenzial-Assays

    Membranpotenzial-Assays

    Änderungen des Membranpotenzials (Spannung über die Zellmembran hinweg), z. B. in Muskel- oder Herzzellen, können therapeutische oder unerwünschte Auswirkungen auf die Zellen haben. Um das Membranpotenzial zu messen, während es sich über die Zellmembran hinweg verändert, können spannungsempfindliche Farbstoffe verwendet werden. Eine Zunahme der Farbstoffintensität signalisiert eine Zunahme der Spannung und eine Abnahme des Farbstoffsignals spiegelt eine Abnahme des Membranpotenzials wider. Ist ein Kanal blockiert, verringert sich das Fluoreszenzsignal des Farbstoffs. Hierbei handelt es sich um eine indirekte Methode zum Screening einer großen Anzahl von Verbindungen mit dem Ziel, potenzielle Kanalöffner und -blocker zu identifizieren.

    Application Notes für Membranpotenzialmessungen

  • Optimierung des NaV1.5-Kanal-Assays

    Optimierung des NaV1.5-Kanal-Assays

    Spannungsabhängige Ionenkanäle befinden sich in den erregbaren Zellmembranen des Herzens, der Skelettmuskeln und der Gehirn- und Nervenzellen. Das Blockieren oder Modulieren solcher Kanäle kann therapeutische Auswirkungen haben oder die normale Zellfunktion beeinträchtigen. Daher sind Verbindungen, die Auswirkungen auf spannungsabhängige Ionenkanäle haben, wichtige Zielmoleküle in der Wirkstoffforschung.

    Die FLIPR® Membrane Potential Assay Kits liefern homogene fluoreszenzbasierte Rezepturen zur Beobachtung von Veränderungen des Membranpotenzials in Zusammenhang mit der Aktivierung von Ionenkanälen und Ionentransporterproteinen in Echtzeit.

    Application Note lesen:

    Optimierung des Nav1.5-Kanal-Assays mit dem FLIPR Membrane Potential Assay Kit

    Kalium-Assays

    Kalium-Assays

    Die meisten Lösungen für die Erforschung von Wirkstoffen für Ionenkanäle konzentrieren sich auf Kaliumkanäle, da sie die am weitesten verbreitete Art von Ionenkanälen sind. Sie spielen eine Rolle bei der Herzmuskelfunktion und der Hormonfreisetzung. Kalium-Assay-Kits können genutzt werden, um stellvertretend mithilfe des Thalliumtransports durch den Kaliumkanal die Wirkung von Wirkstoffmolekülen auf die Aktivität des Kaliumkanals zu bestimmen.

    Ressourcen für Kalium-Assays:

  • Kaliumionenkanal-Assay für das Hochdurchsatz-Screening

    Kaliumionenkanal-Assay für das Hochdurchsatz-Screening

    Kaliumkanäle sind für eine Vielfalt von zellulären Funktionen verantwortlich, einschließlich der Aufrechterhaltung und Regulation des Membranpotenzials und der Freisetzung von Salzen, Hormonen und Neurotransmittern. Die Fehlfunktion des Kaliumkanals wurde mit vielen menschlichen Erkrankungen in Verbindung gebracht. Off-Target-Effekte von Wirkstoffen, die Kaliumkanäle beeinträchtigen, wurden mit Kardiotoxizität assoziiert. Aufgrund ihrer wichtigen physiologischen Funktionen und ihres Beitrags zur Wirkstoff-induzierten Toxizität werden Kaliumkanäle intensiv von der pharmazeutischen Industrie erforscht. Weiterhin wurden zellbasierte funktionelle Assays zunehmend eingesetzt, weil sie physiologisch relevantere Ergebnisse erzielen. Herausforderungen bestehen darin, die Aktivität von K+-Ionenkanälen in einem Hochdurchsatz-Format zu messen. Eine weitverbreitet übernommene Technik ist die fluorometrische Methode, bei der die Bindung von Thallium an Thallium-sensitive Fluoreszenzfarbstoffe stellvertretend für die Aktivität von Kaliumkanälen genutzt wird.

    Wissenschaftliches Poster herunterladen:

    Ein neuartiger homogener Kaliumionenkanal-Assay für das High-Throughput-Screening

Neueste Ressourcen

Ressourcen für Ionenkanäle

Zugehörige Produkte und Service für Ionenkanäle