医药研发由谱质谱影像

为了设计和开发新的药物,药物及其代谢产物的分布组织必须确定获得深入的知识吸收的药物向目标组织。早期药物分配进行了研究使用技术,如放射自显影法,感兴趣的化合物必须贴上放射性化学物质,且只有一个化合物进行分析。先进的质谱(MS)技术的出现,比如matrix-assisted激光解吸电离(MALDI)成像,使得非放射性,label-free,无损本地化代谢物的生物分子-蛋白质-没有先验知识的存在[1]。

谱技术成像在医药研发

单个MALDI成像测量产生多达几千分布地图,或离子图像,显示更大的洞察力和理解的分子组成和区域异质性。这是有用的在没有针对性的发现研究中,如在临床研究中,试图揭示小说疾病的生物标志物特征和治疗。它也有利于临床前药物发现,通过提供直接分布监测治疗化合物,其代谢产物和目标。质谱中心和光学光谱(CeMOS)曼海姆技术大学,德国,是一个集成研究中心工作谱技术尖端的成像技术。CeMOS使用广泛的工具来帮助女士调查新兴应用于制药研发(R&D),特别是研究药物的分布,它们的代谢产物和配方,以及药物反应。

药物,药物代谢和药物配方分布

MALDI成像在制药公司的关键应用程序识别药物及其代谢产物在组织的分布。每种药物的分子成分变化在肝脏,导致质量的变化,可以观察到相同的数据集。父药物的分布可以相比,其代谢产物。

CeMOS实验室领导的Carsten霍普夫博士教授药物发现,使用这种方法来确定了药物和药物与肿瘤代谢物,根据肿瘤的脂质表明肿瘤的位置。最近,MALDI成像用于确认快速原位分布Fasudil -药物批准脑血管出血及其代谢物Hydroxyfasudil,肝脏和胃组织的野生型(WT)和转基因小鼠的胃肿瘤组织[2]。Fasudil RHO-associated蛋白激酶的抑制剂(ROCK1/2),药物靶点RHOA GTPase后加。后者的功能变异曾经卷入弥漫型胃癌[3],但效应器是未知的。数据从这个研究表明ROCK1/2可能合适的目标为胃癌的治疗新策略(GC),但Fasudil进入肿瘤组织的有限分布表明岩石为肿瘤抑制剂优化渗透的必要性。潜在的可翻译候选人的身份脂质生物标志物建立了GC使用MALDI磁共振(mrm)女士和MALDI飞行时间(TOF) / TOF MS。

后续的统计分析可用于评价药物的肿瘤的潜力,这将是完全不可能没有谱的高分辨率成像。这对吸入药物尤为重要,例如,应设计成他们不进入体循环,他们经常有可能造成伤害。谱技术成像有助于回答这个问题的药物是否真的停留在肺部。

除了活性药物成分(API),药物也包含载体粒子,如脂质纳米粒子,可以改变药物在体内的半衰期或分布。CeMOS研究人员因此也感兴趣成像药物制剂和利用MALDI成像可视化完整的脂质体药物载体的位置同时成像药物和配方的组织[4]。吲哚菁绿(ICG)被用作货物,和两个脂质体标记,1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphoglycerol (DPPG)和1,与单分散的聚乙二醇(PEG 2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine,共轭₃₆-DSPE),老鼠被纳入脂质体载体和管理(图1)。新开发的MALDI成像仪器具有较高的成像速度,它赋予改善脂质分析整个器官的部分,允许该组织可视化脂质体完整性和分布在小鼠器官。

图1:老鼠的大脑图像检测脂质体脂质体和本地化。(一)谱图像进行脑片女士与脂质体的老鼠。一半的老鼠灌注在牺牲之前(右面板)减少剩余的血液的组织。谱的图像1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphoglycerol (DPPG)和吲哚菁绿(ICG)是在反射负离子模式下,单分散的聚乙二醇(PEG36-DSPE)反射的积极模式和HBα链在线性积极模式。(B)荧光图像上执行大脑切片与脂质体的老鼠。(C)他用MALDI MSI染色组织切片测量。(D)放大的MALDI女士大脑灌注明显盒装的图像部分(一)彩色的大脑(C)。像素显示一个箭头显示了组件和血红蛋白脂质体的像素X442 Y071和HB的缺失像素X449 Y074。与许可复制参考[4]依照创作共用许可证(https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)。

药物反应,药效生物标记和药物制剂

实验室开创了一些额外的MALDI成像方法。例如,团队是第一个形象阐明药物反应目标参与基于定义的药效学标记药物对组织的影响。在某些情况下,标记的药物反应可能是已知的,可以成像。如果有一个定义的蛋白质和药物作用的变化,蛋白质的质量,然后改变的蛋白质质量可以成像。这不仅是一个指示的药物,但是,它确实有效。组蛋白脱乙酰酶抑制剂(HDACi)导致质量变化组蛋白乙酰化的特点,为定量label-free允许原位监测药物目标参与MALDI-TOF女士在癌细胞[5]。

未来的应用

医药研究的兴趣增长MALDI成像可能会促进不断进步的工具,具有较高敏感性和较高的空间分辨率。未来在这一领域的研究工作也将大大受益于获得高特异性的新方法,保证药物分布的可视化,在更高的速度。在制药研究还将开发更多的应用程序与技术进步。药物作用、组织病理学和药物配方成分的分布可能吸引MALDI成像,例如。

除了MALDI成像为制药,实验室已经开始调查使用四极飞行时间(QTOF)和MALDI-TOF女士为生物制药分析。集团感兴趣获得尽可能多的序列信息,获取精确的质量信息,对整个抗体或抗体药物配合(adc),或片段的抗体(kDa ~ 25)。生物制药的发展是一个关键领域实验室的未来感兴趣的工作,包括单克隆抗体(mAb)表征。

引用

1。舒尔茨年代,贝克尔M, Groseclose先生,斯凯特和霍普夫C(2018)先进谱质谱影像在医药研究和药物开发,当前生物技术的观点,55卷,页51-59,https://doi.org/10.1016/j.copbio.2018.08.003。

2。Hinsenkamp我,舒尔茨年代,罗斯奇米,Suhr, Meyer B, B Munteanu fuchs J,勋伯格,艾伯特MPA,骗取者B,霍普夫C, Burgermeister E (2016), Rho-associated激酶1/2-inhibitor fasudil变弱弥漫型胃癌肿瘤生长在一个小鼠模型中,肿瘤http://dx.doi.org/10.1016/j.neo.2016.07.002。

3所示。Kakiuchi M, Nishizawa T,建筑师H,后藤K,田中,Hayashi,山本年代,Tatsuno K, Katoh H,渡边Y, Ichimura T, Ushiku T, Funahashi年代,Tateishi K,我和田,清水N,野村,小池百合子K,濑户Y, Fukayama M, Aburatani H,石川S功能(2014)复发的突变的RHOA弥漫型胃癌,Nat麝猫,46 (6):583 - 7。doi: 10.1038 / ng.2984。

4所示。费洛浦用一个,Sammour哒,埃里希·K·冯·Gerichten J, van Hoogevest P, R和霍普夫Sandhoff C(2016)分子成像的大脑脂质体在小鼠体内的本地化使用谱质谱分析,科学报告,6卷,doi: 10.1038 / srep33791。

5。迈耶Munteanu B, B,冯Reitzenstein C, Burgermeister E,沼泽,Pahl,艾伯特议员和霍普夫C (2014) Label-Free原位监测组蛋白脱乙酰酶药物的目标接触Matrix-Assisted激光解吸电离质谱生物型和成像,分析化学,86 (10)4642−4647。