What are ion channels?
Ion channels are pores in the cellular membrane that allow the passage of ions across the impermeant lipid cell membrane. The flow of calcium, potassium, and sodium is very important in many cellular processes such as muscle contraction in the heart, pancreatic insulin release, the transmission of impulses in the nervous system such as pain, and T cell activation. Unlike GPCRs, ion channels facilitate passive ion flow toward equilibrium, depending on the ion concentration differences across the membrane, as well as membrane potential (i.e., difference in interior and exterior electric potentials).
High-throughput screening of ion channel in drug discovery
Mutations in ion channel genes can alter ion flow and disrupt the electrochemical balance. Abnormalities in ion channels have been associated with various disorders including epilepsy, ataxia, diabetes mellitus, cardiac arrhythmia, and cancer. That’s why ion channels have become increasingly important in drug discovery.
Ion channels are the second largest class of membrane proteins after GPCRs, with more than 400 protein families identified in the human genome.
Drug screening solutions can help us track drug-induced ion concentration changes and ion channel permeability. More importantly, monitoring ion channel activity is necessary for assessing drug cytotoxicity, as off-target drug effects on ion channels can lead to cardiac toxicity. In fact, a number of FDA-approved drugs had to be withdrawn for that reason.
Membranpotenzial
Traditionally, patch clamping—considered the gold standard—has been the method of choice for measuring changes in membrane potential. Although it is the most informative, this method is very labor-intensive and time-consuming. It does not provide the solution for high-throughput drug screening of ion channels.
Molecular Devices developed the FLIPR® Membrane Potential Assay Kit to provide a fast, simple and reliable fluorescence assay for detecting changes in membrane potential. This assay provides a level of information approaching that of patch clamping. In combination with the FLIPR system, it provides a very good system for high-throughput screening of ion channel drug targets.
Potassium Channels
Potassium channels constitute the largest and most diverse group of ion channels, and they are expressed in virtually all cell types. Potassium channels are responsible for a variety of cellular functions including the maintenance and regulation of membrane potential, secretion of salt, hormone, and neurotransmitters. Not surprisingly, the dysfunction of potassium channels has been associated with many human diseases and off-target drug effects on potassium channels have been linked to cardiac toxicity.
The FLIPR® Potassium Assay Kit measures functional activity of ligand- and voltage-gated potassium channel activities on a FLIPR System. This reagent kit provides a homogeneous, fast, simple and reliable fluorescence based high-throughput assay for potassium channel activity.
Solutions for identifying early leads against ion channel targets
We offer a variety of assay and instrument solutions to support studies of ion channel function including assay kits, cellular screening and imaging systems, and microplate readers. Below we highlight key application notes for membrane potential and potassium channel assays:
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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. Here we present the utility of the FLIPR Potassium Assay Kit on the FLIPR System to investigate hERG compound activity.
Application Note lesen:
Beschreibung von hERG-Kanalblockern mit dem FLIPR Potassium Assay Kit auf dem FLIPR Tetra System
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. Here we present the utility of the FLIPR Potassium Assay Kit on the FLIPR System to investigate hERG compound activity.
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Beschreibung von hERG-Kanalblockern mit dem FLIPR Potassium Assay Kit auf dem FLIPR Tetra System
Development of a Cav 1,3 channel assay using optogenetic methods
Cav1.3 is a L-type voltage-gated calcium channel and an important therapeutic target for drug discovery. It has been shown that a number of drugs exhibit state dependent effects on Cav1.3 channels, meaning the potency of these drugs vary in response to the membrane voltage (Vm) and the consequent change of channel states (open, close, inactivated). As this likely provides highly-desired selectivity for pathologically over-activated Cav1.3 channels, there is a growing demand for the development of high-throughput assays to evaluate channel blockers under different states.
Current screening methodologies for this channel utilize either electrophysiology or fluorometric methods using potassium challenge to modulate membrane potential, yet both approaches have significant limitations.
In this study, we demonstrate the novel utility of optogenetic tools to control Vm in a reversible and precise fashion for screening state-dependent calcium channel blockers using the FLIPR System.
Entwicklung eines Cav 1.3-Kanal-Assays mithilfe optogenetischer Methoden auf dem FLIPR Tetra System
Development of a Cav 1,3 channel assay using optogenetic methods
Cav1.3 is a L-type voltage-gated calcium channel and an important therapeutic target for drug discovery. It has been shown that a number of drugs exhibit state dependent effects on Cav1.3 channels, meaning the potency of these drugs vary in response to the membrane voltage (Vm) and the consequent change of channel states (open, close, inactivated). As this likely provides highly-desired selectivity for pathologically over-activated Cav1.3 channels, there is a growing demand for the development of high-throughput assays to evaluate channel blockers under different states.
Current screening methodologies for this channel utilize either electrophysiology or fluorometric methods using potassium challenge to modulate membrane potential, yet both approaches have significant limitations.
In this study, we demonstrate the novel utility of optogenetic tools to control Vm in a reversible and precise fashion for screening state-dependent calcium channel blockers using the FLIPR System.
Entwicklung eines Cav 1.3-Kanal-Assays mithilfe optogenetischer Methoden auf dem FLIPR Tetra System
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Development of a cell-based potassium-chloride transporter assay
Die funktionelle Beurteilung der Kalium-Ionenkanäle einer Zelle ist von entscheidender Bedeutung in der Wirkstoffforschung, insbesondere wenn es die Sicherheit des Herzens betrifft. The FLIPR® Potassium Assay Kit exploits the permeability of thallium ions (Tl+) through both voltage- and ligand-gated potassium (K+) channels. 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.
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Entwicklung eines zellbasierten Kaliumchlorid-Transporter-Assays mit dem FLIPR Kalium-Assay-Kit
Development of a cell-based potassium-chloride transporter assay
Die funktionelle Beurteilung der Kalium-Ionenkanäle einer Zelle ist von entscheidender Bedeutung in der Wirkstoffforschung, insbesondere wenn es die Sicherheit des Herzens betrifft. The FLIPR® Potassium Assay Kit exploits the permeability of thallium ions (Tl+) through both voltage- and ligand-gated potassium (K+) channels. 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.
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Entwicklung eines zellbasierten Kaliumchlorid-Transporter-Assays mit dem FLIPR Kalium-Assay-Kit
Ligand gated ion channels (LGICs)
Ligand gated ion channels (LGICs) are a large family of membrane embedded proteins that enable the passage of ions across membranes, in response to the binding of ligands such as neurotransmitters. LGICs represent a class of highly attractive drug targets because of the pivotal role they play in many physiological functions, and their association with multiple human diseases.
Ligand gated ion channels (LGICs)
Ligand gated ion channels (LGICs) are a large family of membrane embedded proteins that enable the passage of ions across membranes, in response to the binding of ligands such as neurotransmitters. LGICs represent a class of highly attractive drug targets because of the pivotal role they play in many physiological functions, and their association with multiple human diseases.
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Measuring membrane potential
This application note provides a basic protocol for performing a membrane potential assay on the FLIPR system using the FLIPR Membrane Potential Assay Kits as well as a discussion of some of the important parameters for optimization and troubleshooting of the assay.
The kit combines the benefits of highly informative data that is comparable to patch clamping data with the benefits of high-throughput screening achievable using the FLIPR system.
Measuring membrane potential
This application note provides a basic protocol for performing a membrane potential assay on the FLIPR system using the FLIPR Membrane Potential Assay Kits as well as a discussion of some of the important parameters for optimization and troubleshooting of the assay.
The kit combines the benefits of highly informative data that is comparable to patch clamping data with the benefits of high-throughput screening achievable using the FLIPR system.
Membranpotenzial-Assays
Changes in membrane potential (voltage across a cell membrane) such as in muscle cells or heart cells can have a therapeutic or adverse effect upon the cells. Voltage sensitive dyes can be used to measure membrane potential as it changes across the cell membrane. An increase in dye intensity signals a rise in voltage and a decrease in signal reflects a drop in membrane potential. If a channel is blocked, the fluorescent signal from the dye is reduced. This is an indirect method for screening large numbers of compounds to identify potential channel openers and blockers.
Membrane Potential Application Notes
Membranpotenzial-Assays
Changes in membrane potential (voltage across a cell membrane) such as in muscle cells or heart cells can have a therapeutic or adverse effect upon the cells. Voltage sensitive dyes can be used to measure membrane potential as it changes across the cell membrane. An increase in dye intensity signals a rise in voltage and a decrease in signal reflects a drop in membrane potential. If a channel is blocked, the fluorescent signal from the dye is reduced. This is an indirect method for screening large numbers of compounds to identify potential channel openers and blockers.
Membrane Potential Application Notes
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Optimization of NaV1.5 channel assay
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.
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Optimization of NaV1.5 channel assay with FLIPR Membrane Potential Assay Kit
Optimization of NaV1.5 channel assay
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.
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Optimization of NaV1.5 channel assay with FLIPR Membrane Potential Assay Kit
Kalium-Assays
The majority of ion channel drug discovery solutions focus on potassium channels since they are the most prevalent type of ion channel, functioning in cardiac muscle action and hormone release. Potassium assay kits can be used to measure the effect of drug molecules on thallium transport through the potassium channel as a surrogate for potassium channel activity.
Potassium assay resources:
Kalium-Assays
The majority of ion channel drug discovery solutions focus on potassium channels since they are the most prevalent type of ion channel, functioning in cardiac muscle action and hormone release. Potassium assay kits can be used to measure the effect of drug molecules on thallium transport through the potassium channel as a surrogate for potassium channel activity.
Potassium assay resources:
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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.
Download scientific poster:
Ein neuartiger homogener Kaliumionenkanal-Assay für das High-Throughput-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.
Download scientific poster:
Ein neuartiger homogener Kaliumionenkanal-Assay für das High-Throughput-Screening
Resources of Ion Channels
Application Note
Beschreibung von hERG-Kanalblockern mit dem FLIPR Potassium Assay Kit auf dem FLIPR Tetra System
Characterization of hERG channel blockers using the FLIPR Potassium Assay Kit on the FLIPR Tetra System
Die durch Wirkstoffe verursachte Inhibition des humanen Ether-à-go-go-Related Gen (hERG)-Ionenkanals wurde mit der Anfälligkeit von Patienten für potentiell tödliche ventrikuläre Tachyarrhythmien, …
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Application Note
Measuring Membrane Potential using the FLIPR® Membrane Potential Assay Kit on Fluorometric Imaging Plate Reader (FLIPR) Systems
Measuring Membrane Potential using the FLIPR® Membrane Potential Assay Kit on Fluorometric Imaging Plate Reader (FLIPR) Systems
Molecular Devices Corporation developed the FLIPR Membrane Potential Assay Kit to provide a fast, simple and reliable fluorescence assay for detecting changes in membrane potential. Diese …
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Application Note
Entwicklung eines Cav 1.3-Kanal-Assays mithilfe optogenetischer Methoden auf dem FLIPR Tetra System
Development of a Cav 1.3 channel assay using optogenetic methods on the FLIPR Tetra System
In this study, we demonstrate the novel utility of optogenetic tools to control membrane potential in a reversible and precise fashion for screening state-dependent calcium channel blockers…
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Application Note
Entwicklung eines zellbasierten Kaliumchlorid-Transporter-Assays mit dem FLIPR Kalium-Assay-Kit
Development of a cell-based potassium-chloride transporter assay using the FLIPR Potassium Assay Kit
Das FLIPR Potassium Assay Kit kann zur Messung der funktionellen Aktivität des hKCC2-Kationchlorid-Kotransporters mit einem homogenen Protokoll ohne Waschen verwendet werden. Das Assay-Kit zeigte ein großes …
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Application Note
Optimierung des Nav1.5-Kanal-Assays mit FLIPR Membrane Potential Assay Kits
Optimization of NaV1.5 channel assay with FLIPR Membrane Potential Assay Kits
FLIPR® Membrane Potential (FMP) Assay Kits bieten eine schnelle und zuverlässige Fluoreszenz-basierte Methode zum Erfassen von Veränderungen im Membranpotenzial, die durch Verbindungen verursacht wurden, die …
Wissenschaftliche Poster
Ein neuartiger homogener Kaliumionenkanal-Assay für das High-Throughput-Screening
A Novel Homogenous Potassium Ion Channel Assay for High-Throughput Screening
Ionenkanäle stellen eine Klasse von Membranproteinen dar, die den Durchtritt geladener Ionen durch die Zellmembran vermitteln. Kaliumkanäle bilden die größte und vielfältigste Gruppe von Ionenkanälen …
