שימוש במערכים מרובי אלקטרודות למדידת פיזיולוגיה סינפטית בספירות קוקולטורה תלת-ממדית

רלוונטיות תעשייתית למנהלים

שיטה זו מאפשרת מידול של רשתות עצביות בעלות רלוונטיות פיזיולוגית על ידי שילוב של נוירונים ואסטרוציטים המופקים מתאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים בכדורי תרבית משותפת (coculture) בתלת-ממד, יחד עם אלקטרופיזיולוגיה של מערך מרוב-אלקטרודות (multielectrode array). היא תומכת בתיקוף מטרות ובצמצום סיכונים מכניסטיים בגילוי תרופות למדעי המוח, באמצעות אספקת תוצאות כמותיות וניתנות לשחזור של פעילות סינפטית ודינמיקה של פרצי רשת. גישה זו מגשרת בין שכבות מונו-שכבתיות רדוקציוניות לבין המורכבות של in vivo, ובכך משפרת את הביטחון החזוי עבור מודולציה של מסלולים במערכת העצבים המרכזית (CNS).

יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פרמה

גילוי מוקדם ותיקוף מטרה

• ערך מדעי: בוחן היפותזות טיפוליות הנוגעות לפיזיולוגיה סינפטית ואינטראקציות בין נוירונים לגליות במודל תלת-ממדי הרלוונטי לבני אדם.
• ערך תפעולי: מאפשר תיקוף תפקודי של מטרות באמצעות מדידה ישירה של פעילות התפרצות (burst activity) ברשת ותקשורת סינפטית.
• ערך ניבוי: תומך במיון תיקי פיתוח על ידי אספקת סמנים ביולוגיים אלקטרופיזיולוגיים של הבשלה ויציבות של מעגלים עצביים.

סריקה ופיתוח בדיקות (Assay)

• מוכנות הבדיקה: הכנת מערכות ביולוגיות מתוקתקות לסריקת תרכובות באמצעות קריאות אלקטרופיזיולוגיות סטנדרטיות מבוססות MEA.
• פלטים כמותיים: אספקת מדידות פוטנציאל שדה וספייקים רב-אלקטרודיות הניתנות לשחזור, המאפשרות ניתוח של תגובה למספר (dose-response) וגודל אפקט.
• הסקלביליות של הסריקה: תמיכה בהערכת תרכובות בקיבולת בינונית (medium-throughput) באמצעות פלטפורמות MEA אוטומטיות והצמדה יציבה של תרביות שיתוף (coculture) בתלת-ממד.

מחקר תרגומי ופרה-קליני

• רלוונטיות למחלה: מדמה מעגלים עצביים מיקרוסקופיים אנושיים כדי לחקור תפקוד סינפטי לקוי בהפרעות נוירופסיכיאטריות ומחלות נוירודגנרטיביות.
• המשכיות תרגומית: מגשר בין פנוטיפים תאיים המופקים מ-iPSC למדדי רשת ברמה הפרה-קלינית לצורך הערכת מטרות מבוססת מנגנון.
• הפחתת סיכונים מנגנונית: מצמצמת עמימות במעורבות המטרה על ידי קישור הפרעות מולקולריות לאלקטרופיזיולוגיה רשתית מגיעה.

שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד

השיטה משתלבת בתהליכי גילוי מוקדמים לאחר זיהוי המטרה ולפני אופטימיזציה של מוביל, ובכך מספקת תיקוף אלקטרופיזיולוגי של מודולציה של המטרה במערכת עצבית אנושית הרלוונטית למחלה.

• ביולוגיית הגילוי: תומך בבדיקת השערות לגבי מטרות סינפטיות ובבירור מסלולים באמצעות מדידה ישירה של דינמיקת רשתות עצביות.
• סריקה: מאפשר סטנדרטיזציה של בדיקות והדירות לצורך אפיון השפעת תרכובות על פני אלקטרודות MEA.
• אנליטיקה: מייצר מדידות כמותיות של משתנים תלויים (קצב פריקה, תדירות פרציות, סנכרון) לצורך ניתוח השוואתי של תנאים.
• מחקר תרגומי: מקשר בין מעורבות של מטרה תאית לבין תוצאות תפקודיות ברמת הרשת, ובכך תומך בהתאמה של סממנים ביולוגיים.
• שימוש חוזר ארגוני: מקים פלטפורמה אלקטרופיזיולוגית ניתנת לשימוש חוזר לצורך תיקוף איטרטיבי של מטרות במגוון אינדיקציות של מדעי העצבים.

השפעה תפעולית וארגונית

• ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי בתיקוף יעדים על ידי הפחתת העמימות המכניסטית בוויסות מעגלים עצביים.
• ערך תפעולי: משפר את השחזוריות והסטנדרטיזציה באמצעות פרוטוקולים מוגדרים לציפוי, זריעה והקלטה.
• ערך אסטרטגי: משפר החלטות go/no-go על ידי הפחתת סיכונים אלקטרופיזיולוגית מוקדמת של יעדי CNS.
• השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תעדוף מותאם סיכון המבוסס על מדדים כמותיים של פיזיולוגיה סינפטית.

שיקולי יישום

• דורש מומחיות בדיפרנציאציה של תאי גזע, תרביות תלת-ממדיות (3D) ואלקטרופיזיולוגיה.
• תלוי במערכות MEA, ביחידות ראש (head stages) עם בקרת טמפרטורה ובתוכנה לרכישת אותות.
• מחייב סטנדרטיזציה של גודל הספירות, הרכבן ותזמון ההדבקה בין סדרות ייצור שונות.
• כולל שיקולי התאמה עבור תתי-סוגים של נוירונים ספציפיים למחלות ורקעים גנטיים.
• מוגבל על ידי שונות בין ספירה לספירה בבשלות האלקטרופיזיולוגית וביחס אות-רעש.

שאלות נפוצות בנושאי ביו-פארמה