先进的高通量筛选

自从多井板的出现,研究人员一直在开拓新方法使小型化大规模筛选的分析(高温超导)。自那时以来,机器人技术的进步和合成设备比以往任何时候都更容易进行同时数以百万计的屏幕。同时基因编辑CRISPR等的进步,生物工程和高成像意味着高温超导内容不再局限于二维层细胞多井菜。今天的屏幕可以使用工程多能干细胞进行模拟整个器官如肝脏,¹生物工程表面,重建肿瘤微环境——即所谓的“芯片上的癌症”,²甚至整个有机体如斑马鱼³毒理学屏幕。被模糊的界限变得越来越高含量和高通量之间是电脑,不是人类,是发现。在这里,我们有两个例子,说明现代高温超导在药物发现的力量。

结合计算和在体外高温超导

教授娜塔莎Kirienko莱斯大学使用一个小虫叫秀丽隐杆线虫她的工作的大部分时间在筛查新癌症药物。她的实验室是关注药物的目标肿瘤细胞的线粒体。大部分的工作使用秀丽隐杆线虫因为它有很多好处对于高温超导。“当我们想筛选数以千计的化合物,我们使用秀丽隐杆线虫因为它要快得多。蠕虫是更健壮的培养细胞,他们是透明所以更容易观察到荧光,您可以使用一个确切数字在每个好了,和我们正在做检查整个动物的上下文中。蠕虫,我们也知道,如果一种药物是有毒的任何组织,蠕虫会死和冲击将筛选淘汰。这意味着我们已经测试生物利用度和毒性降低,所以我们可以排除假阳性的初始阶段筛选。

Kirienko教授的实验室正在使用这种方法来筛选分子识别新化合物可以针对线粒体。“这是更容易屏幕这大量的分子秀丽隐杆线虫然后把这些支安打,应用细胞系的打击更加谨慎评估和优先级”。

最近她的实验室发表一项研究结果,他们开始计算建模⁴之前进行更有针对性的屏幕。

“许多白血病化疗常用的目标线粒体以及复制的过程。在其他癌症,我们看到的这些类型的药物。我们想看看是否有一个公正的方法来预测哪种类型的治疗会对哪种癌症有效。”

他们开始通过分析一组约200美国食品和药物管理局(FDA)批准了一些已知的作用机制的药物。从这些,他们选择14已知目标线粒体和14不。然后检索可用的灵敏度为每个细胞株的分数NCI-60人类肿瘤细胞系的屏幕,计算分数鼓励了线粒体靶向药物和控制药物6个不同癌症细胞系,然后排名敏感性。

“排名后,我们注意到分布是不正常的。例如,只有六人白血病细胞系,所有人都在列表的顶端。进一步分析显示,这不能是随机的。事实上,当我们分析所有可能的排列的六个细胞系,我们发现白血病明显线粒体损伤敏感。在光谱的另一端,我们有卵巢癌。此外,这种极性分布只是线粒体靶向药物即我们发现一个重要协会当我们观察线粒体药物敏感性和类型的癌症,但不是灵敏度non-mitochondrial靶向给药和类型的癌症。”

当他们验证这个实验,预测——白血病敏感到多个种类的线粒体损伤,而其他癌症和控制健康的血细胞是不太敏感。此外,当他们加入了糖酵解的抑制剂目标细胞的能力能量和维护电子流动,他们找到了一个协同效应。现在他们正在测试多个药物组合药物目前用于诊所针对线粒体被结合其他引起线粒体损伤的治疗方法。他们希望这些结果很快就会公布。

中的绑定PHERAstar动力学^®标仪

药物的特点是他们的平衡常数KD,描述了复合目标的亲和力。然而,这种电离常数只适用于平衡态和忽视协会和离解的速度的重要性。在这个程序报告,发现动力学分析的方法绑定。

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基于图像的表观遗传高温超导

表型筛选已成为药物发现的首选工具。然而,有一个缺乏有效和高效的方法筛查epigenetic-targeting药物,说Alexey Terskikh教授Sanford Burnham Prebys医学发现研究所。他的实验室开发了一种新方法-微观成像的表观遗传景观(蜂蜜)。⁵

“我的实验室一直在研究神经发生了很长一段时间。然后,我被介绍我看到在会议的DNA甲基化模式在多能细胞和neuroprogenitors不同的显现。我听说另一个会议上从这些模式机器学习方法来提取信息。然而,它仍然花了很长时间才意识到多么强大。”

“人们开始质疑表型屏幕使用记者或抗体检测的结果,因为他们接模式几乎任意的。但当我们使用表观遗传标记,没有更多的认证模式——我们看细胞的表观基因组。”

这促使Terskikh和他的同事们开始观察DNA甲基化,乙酰化作用——或者任何标记细胞的染色质。蜂蜜平台捕获核染色模式不同的表观遗传标记和使用机器学习来区分模式。

“我们现在看三维(3 d)模式——压代替像素。当我们使用3 d表观基因组安排它变得更加明显,有一定的结构。结构实际上是细胞的身份。如果我可以完全确定的数量和分布一定的表观遗传标记,我找到一个不同的细胞有相同的模式,特别是在高分辨率,我可以保证,这些都是相同的细胞。决议还没有完美的,当然,但表型筛选可能的范围内尽可能密切。”


尽管表型筛选方法,蜂蜜是针对高吞吐量。所有的实验已经完成在384孔板和实验室是搬到一个1536孔板格式,可以屏幕多达一百万的化合物。“这意味着你现在可以把美丽的表型筛选与分析模式的低吞吐量的表观遗传意义屏幕高吞吐量。“伟大的传统优势后生屏幕,Terskikh说,是它远离记者化验的阈值方法,你正在寻找一个,或衰减的信号。“毫无疑问,你不会发现表观遗传标记。这些标志是永远存在的。我们讨论的模式对应于细胞,不存在缺乏的信号。”

Terskikh计划使用的方法筛选pro-longevity药物可以移动后生时钟上的指针。“我们已经表明,我们可以使用蜂蜜与表观遗传模式与细胞的年龄和我们越来越好。现在我们要看看我们是否可以使用这种方法作为细胞筛选抗衰老化合物。只有10 - 15这样的药物被发现到目前为止,他们都通过意外,所以如果有一个工具屏幕通过数以千计的化合物和寻找新的pro-longevity药物,这是非常激动人心的。”

引用

1。Corbett杰和邓肯SA。(2019)iPSC-Derived肝细胞作为疾病模型和药物发现平台。前面地中海(洛桑)。DOI: 10.3389 / fmed.2019.00265。
2。Fetah KLet al。(2019)癌症Modeling-on-a-Chip未来人工智能集成。小。DOI: 10.1002 / smll.201901985
3所示。贾人力资源et al。(2019)纳米材料满足斑马鱼:毒性评价和药物输送应用。J控制释放。DOI: 10.1016 / j.jconrel.2019.08.022。Epub 2019年8月22日。审查。https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31446084
4所示。Panina某人et al。(2019)的机制增加急性髓系白血病mitotoxic药物的敏感性。细胞死亡说。DOI: 10.1038 / s41419 - 019 - 1851 - 3
5。Farhy Cet al。(2019)提高药物发现使用基于图像的表观遗传的multiparametric分析景观。eLife。DOI: 10.7554 / eLife.49683