Biologia o dużej przepustowości
Biologia o wysokiej przepustowości (lub biologia komórki o wysokiej przepustowości ) to wykorzystanie sprzętu automatyki z klasycznymi technikami biologii komórki do rozwiązywania problemów biologicznych, które w innym przypadku byłyby nieosiągalne przy użyciu konwencjonalnych metod. Może obejmować techniki z optyki , chemii , biologii lub analizy obrazu, aby umożliwić szybkie, wysoce równoległe badania nad funkcjonowaniem komórek, wzajemnymi interakcjami i sposobem, w jaki patogeny wykorzystują je w chorobie.
Wysokowydajna biologia komórki ma wiele definicji, ale najczęściej jest definiowana jako poszukiwanie związków aktywnych w naturalnych materiałach, takich jak rośliny lecznicze. Jest to również znane jako badanie przesiewowe o dużej przepustowości (HTS) i w ten sposób dokonuje się obecnie większości odkryć leków, wiele leków przeciwnowotworowych, antybiotyków lub antagonistów wirusów odkryto za pomocą HTS. Proces HTS testuje również substancje pod kątem potencjalnie szkodliwych substancji chemicznych, które mogą stanowić potencjalne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego. HTS obejmuje na ogół setki próbek komórek z modelową chorobą i setki różnych związków testowanych z określonego źródła. Najczęściej komputer jest używany do określenia, kiedy związek będący przedmiotem zainteresowania ma pożądany lub interesujący wpływ na próbki komórek.
Zastosowanie tej metody przyczyniło się do odkrycia leku Sorafenib (Nexavar). Sorafenib jest stosowany jako lek w leczeniu wielu rodzajów nowotworów, w tym raka nerkowokomórkowego (RCC, rak nerek), raka wątrobowokomórkowego (rak wątroby) i raka tarczycy. Pomaga powstrzymać rozmnażanie się komórek nowotworowych poprzez blokowanie obecnych nieprawidłowych białek. W 1994 r. zakończono wysokowydajne badania przesiewowe tego konkretnego leku. Po raz pierwszy została odkryta przez firmę Bayer Pharmaceuticals w 2001 r. Za pomocą testu biochemicznego kinazy RAF przeszukano 200 000 związków z syntezy ukierunkowanej na chemię medyczną lub bibliotek kombinatorycznych w celu zidentyfikowania aktywnych cząsteczek przeciwko aktywnej kinazie RAF. Po trzech próbach testów stwierdzono, że ma działanie antyangiogenne na nowotwory, co zatrzymuje proces tworzenia nowych naczyń krwionośnych w organizmie.
Kolejnym odkryciem dokonanym przy użyciu HTS jest marawirok . Jest inhibitorem wnikania HIV i spowalnia ten proces oraz zapobiega przedostawaniu się wirusa HIV do ludzkich komórek. Jest również stosowany w leczeniu różnych nowotworów, zmniejszając lub blokując przerzuty komórek nowotworowych, czyli wtedy, gdy komórki nowotworowe rozprzestrzeniają się do zupełnie innej części ciała niż miejsce, w którym się zaczęło. Wysokoprzepustowe badania przesiewowe w kierunku marawiroku zostały zakończone w 1997 r. i sfinalizowane w 2005 r. przez globalny zespół badawczo-rozwojowy firmy Pfizer.
Biologia wysokowydajna służy jako jeden z aspektów tego, co zostało również nazwane „ badaniami omicznymi ” - interfejsem między biologią na dużą skalę ( genom , proteom , transkryptom ), technologią i naukowcami. Biologia komórki o wysokiej przepustowości zdecydowanie koncentruje się na komórce i metodach uzyskiwania dostępu do komórki, takich jak obrazowanie, mikromacierze do ekspresji genów lub badania przesiewowe całego genomu . Podstawową ideą jest wykorzystanie metod normalnie wykonywanych samodzielnie i wykonanie bardzo dużej ich liczby bez wpływu na ich jakość
Badania o wysokiej przepustowości można zdefiniować jako automatyzację eksperymentów w taki sposób, że powtarzanie na dużą skalę staje się wykonalne. Jest to ważne, ponieważ wiele pytań, przed którymi stają badacze nauk przyrodniczych, dotyczy obecnie dużych liczb. Na przykład ludzki genom zawiera co najmniej 21 000 genów, z których wszystkie mogą potencjalnie przyczyniać się do funkcjonowania komórki lub choroby. Aby móc uchwycić wyobrażenie o tym, jak te geny wchodzą ze sobą w interakcje, w które geny są zaangażowane i gdzie się znajdują, interesujące są metody obejmujące od komórki do genomu.
Wykorzystanie robotyki
Klasyczna robotyka do badań przesiewowych o wysokiej przepustowości jest obecnie bliższa biologii komórki, głównie przy użyciu technologii, takich jak badania przesiewowe o wysokiej zawartości . Biologia komórki o wysokiej przepustowości dyktuje metody, które mogą przenieść rutynową biologię komórki z badań na małą skalę do szybkości i skali niezbędnych do badania złożonych systemów, osiągnięcia dużej wielkości próbki lub wydajnego przeszukiwania kolekcji.
Zastosowanie mikroskopii i cytometrii
Technologia wysokowydajnych badań przesiewowych opiera się głównie na zautomatyzowanej mikroskopii cyfrowej i cytometrii przepływowej w połączeniu z systemami informatycznymi do analizy i przechowywania danych. Technologia „wysokozawartości” lub biologii wizualnej ma dwa cele, po pierwsze uzyskanie przestrzennie lub czasowo rozdzielonych informacji o zdarzeniu, a po drugie automatyczne ich ilościowe określenie. Instrumenty o rozdzielczości przestrzennej to zazwyczaj zautomatyzowane mikroskopy , a rozdzielczość czasowa nadal wymaga w większości przypadków jakiejś formy pomiaru fluorescencji. Oznacza to, że wiele instrumentów HCS jest ( fluorescencyjnych ) mikroskopy, które są podłączone do jakiejś formy pakietu do analizy obrazu. Zajmują się one wszystkimi etapami wykonywania zdjęć fluorescencyjnych komórek i zapewniają szybką, zautomatyzowaną i bezstronną ocenę eksperymentów.
Rozwój technologii
Technologię można określić jako znajdującą się w tym samym punkcie rozwoju, co pierwsze zautomatyzowane sekwenatory DNA na początku lat 90. Zautomatyzowane sekwencjonowanie DNA było przełomową technologią , gdy stało się praktyczne i - nawet jeśli wczesne urządzenia miały wady - umożliwiło projekty sekwencjonowania w skali genomu i stworzyło dziedzinę bioinformatyki. Trudno przewidzieć wpływ podobnie przełomowej i potężnej technologii na biologię komórki molekularnej i badania translacyjne, ale jasne jest, że spowoduje ona głęboką zmianę w sposobie, w jaki biolodzy zajmujący się komórkami badają i odkrywają leki.
Zobacz też
- Odkrycie narkotyków
- Skanowanie o wysokiej przepustowości
- Odkrycie narkotyków trafiło na prowadzenie
- Przeglądanie treści
Dalsza lektura
- Abraham VC, Taylor DL, Haskins JR (styczeń 2004). „Wysokiej jakości badanie przesiewowe stosowane w biologii komórki na dużą skalę”. Trendy Biotechnologia . 22 (1): 15–22. doi : 10.1016/j.tibtech.2003.10.012 . PMID 14690618 .
- Bleicher KH, Böhm HJ, Müller K, Alanine AI (maj 2003). „Generowanie trafień i leadów: poza wysokowydajnym badaniem przesiewowym”. Nat Rev Drug Discov . 2 (5): 369–78. doi : 10.1038/nrd1086 . PMID 12750740 . S2CID 4859609 .
- Burdine L, Kodadek T (maj 2004). „Identyfikacja celu w genetyce chemicznej: (często) brakujące ogniwo” . chemia Biol . 11 (5): 593-7. doi : 10.1016/j.chembiol.2004.05.001 . PMID 15157870 .
- Carpenter AE, Sabatini DM (styczeń 2004). „Systematyczne ekrany funkcji genów obejmujące cały genom”. Nat. ksiądz Genet . 5 (1): 11–22. doi : 10.1038/nrg1248 . PMID 14708012 . S2CID 637682 .
- Edwards BS, Oprea T, Prossnitz ER, Sklar LA (sierpień 2004). „Cytometria przepływowa do wysokowydajnych badań przesiewowych o dużej zawartości”. Curr Opin Chem Biol . 8 (4): 392–8. doi : 10.1016/j.cbpa.2004.06.007 . PMID 15288249 .
- Eggert US, Mitchison TJ (czerwiec 2006). „Przesiewowe badanie małych cząsteczek za pomocą obrazowania”. Curr Opin Chem Biol . 10 (3): 232–7. doi : 10.1016/j.cbpa.2006.04.010 . PMID 16682248 .
- Giuliano KA, Haskins JR, Taylor DL (sierpień 2003). „Postępy w badaniach przesiewowych o wysokiej zawartości pod kątem odkrywania leków”. Test Drug Dev Technol . 1 (4): 565–77. doi : 10.1089/154065803322302826 . PMID 15090253 .
- Milligan G (lipiec 2003). „Wysokozawarte testy do regulacji ligandów receptorów sprzężonych z białkiem G”. Odkrycie leku dzisiaj . 8 (13): 579–85. doi : 10.1016/S1359-6446(03)02738-7 . PMID 12850333 .