הדמיה מרובת תאים חיים לתגובות תרופתיות במודלים אורגנואידים שמקורם בחולה של סרטן
5 בינואר 2024
אורגנואידים סרטניים שמקורם בחולה הם מערכת מודל מתוחכמת למחקר בסיסי ותרגומי. מאמר שיטות זה מפרט את השימוש בדימות תאים חיים פלואורסצנטיים מרובים להערכה קינטית בו זמנית של פנוטיפים אורגנואידים שונים.
אנו מיישמים מודלים אורגנואידים שמקורם במטופלים, אשר נוצרים מדגימות גידול אמיתיות של מטופלים כדי לבחון כיצד הגידולים מגיבים לתרופות. אנו יכולים גם להגדיר את המאפיינים המולקולריים המתואמים עם תגובה. תוצאות אלה משמשות לאחר מכן כדי לתעדף את הטיפולים החדשים הטובים ביותר להתקדם בניסויים הקליניים בעתיד.
אחד האתגרים העיקריים בשימוש במודלים אורגנואידים שמקורם במטופלים הוא שהם משאב סופי. בנוסף, יש מעט מאוד ערכות מדף להערכת תגובת תרופות במודלים אורגנואידים המשמרים את הדגימה בפורמט המאפשר ניתוחים אחרים במורד הזרם, כגון פרופיל תמלול. פיתחנו גישה מרובת משתתפים לניטור קינטי של תגובה טיפולית במודלים אורגנואידים.
אנו משתמשים בצבעים פלואורסצנטיים ספציפיים לתהליכים תאיים שונים, מה שמספק תובנה לגבי מנגנון הפעילות התרופתי בכל מודל אורגנואידי. בניסוי יחיד אנו אוספים הן נתונים פונקציונליים והן נתוני מסלול זמן, והדגימות זמינות לבדיקות אחרות. שיטה זו יכולה להיות מיושמת כדי להעריך תגובה למגוון רחב של שיטות טיפוליות מעבר למעכבי מולקולות קטנות, כולל רגישות לקרינה.
אנו גם ממשיכים לחדש על ידי פיתוח כלים לפנוטיפים תאיים אחרים הניתנים למדידה קינטית כגון הזדקנות.
סקירה כללית
מאמר זה דן בשימוש באורגנואידים של גידולים ממקור חולה כמערכת מודל להערכת תגובה לתרופות. הוא מדגיש גישה של דימיון תאי חיים פלואורסצנטי רב-ערוצי להערכת פנוטיפים של אורגנואידים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי המוח
- אונקולוגיה
- מחקר תרגומי
רקע
- אורגנואידים המופקים מחולה נוצרים מדגימות גידול ממשיות של חולה.
- הם משמשים לחקר תגובות של גידולים לטיפולים שונים.
- האתגרים כוללים משאבים מוגבלים ואת הצורך בערכות תואמות להערכת תגובה לתרופות.
- ניתוחים המשכיים, כגון פרופיל טרנסקריפטומי, חיוניים למחקר מקיף.
מטרת המחקר
- להערכת האופן שבו גידולים מגיבים לתרופות באמצעות מודלים של אורגנואידים.
- להגדרת מאפיינים מולקולריים המתאימים לתגובות טיפוליות.
- לתעדוף טיפולים חדשים לניסויים קליניים בהתבסס על תגובות של אורגנואידים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- דימיון תאי חיים פלואורסצנטי במולטיפלקס.
- ניטור גנטי של תגובות טיפוליות במודלים של אורגנואידים.
- הערכה סימולטנית של פנוטיפים שונים של אורגנואידים.
- שילוב של נתוני תגובה לתרופות עם פרופיל מולקולרי.
תוצאות עיקריות
- יישום מוצלח של דימיון מרובה (multiplexed imaging) להערכת תגובות של אורגנואידים.
- זיהוי מאפיינים מולקולריים הקשורים ליעילות התרופה.
- ביסוס מסגרת לתיעדוף טיפולים עבור ניסויים קליניים.
- הדגמת הפוטנציאל של מודלי אורגנואידים במחקר תרגומי (translational research).
מסקנות
- אורגנואידים המופקים מחולים בעלי ערך להבנת תגובות לתרופות.
- הגישה הרב-ערוצית (multiplexed) משפרת את הערכת הפנוטיפים של האורגנואידים.
- הממצאים עשויים להנחות תכנוני ניסויים קליניים ואסטרטגיות טיפוליות עתידיות.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
דימיון תאי חיים מרובה-ערוצים (multiplexed) במודלים של אורגנואידים מסרטן המופקים מחולה (PDO) מאפשר הערכה כמותית ובעלת תוכן גבוה של תגובות לתרופות במערכות המדמות באופן הדוק מחלה אנושית. גישה זו מגשרת על הפער התרגומי בין שורות תאים מסורתיות לבין תוצאות קליניות, על ידי אספקת נתונים מכניסטיים ופנוטיפיים מחומר חולה מוגבל. שילוב של דימיון קינטי עם קריאות מרובות-ערוצים תומך בביטחון ניבוי ומסייע במיון תיקי פיתוח בנקודות השבחה קריטיות בשלבי הגילוי והשלב הפרה-קליני.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בדיקה של השערות טיפוליות במערכות המופקות ממטופלים הרלוונטיות למחלה.
- תומך בהורדת סיכונים מכניסטית על ידי כימות בריאות תאים ואפופטוזה בתגובה לחומרים מועמדים.
- מסייע בתיקוף תפקודי של מטרות באמצעות פלטים פנוטיפיים מרובי-מדדים (multiplexed).
- מספק נתונים לתיעדוף מטרות ותרכובים להמשך פיתוח.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מספק זרימות עבודה סטנדרטיות וניתנות לשחזור לסריקת תרופות בעלת תוכן גבוה במודלים של אורגנואידים בתלת-ממד.
- מייצר פלטים כמותיים ומרובי-ערוצים (multiplexed), כגון מספר ה-PDO, שטח ועוצמת פלואורסצנציה.
- מאפשר ניטור קינטי של השפעות תרופות, התומך בפיתוח ואופטימיזציה של בדיקות (assays) חסונות.
- מכין מערכות מאוששות עבור אנליזות מולקולריות ופנוטיפיות המשך.
מחקר תרגומי וקדם-קליני
- מתאימה את הבדיקות הפרה-קליניות לביולוגיה של מחלות בבני אדם באמצעות שימוש ב-PDOs כמודלים תרגומיים.
- תומכת ברצף משלב הגילוי ועד לתיקוף פרה-קליני על ידי מתן אפשרות לאפיון תגובה לתרופות מרובה-פרמטרים.
- מספקת תובנות מכניסטיות המנחות החלטות קידום מותאמות סיכונים.
- מרחיבה למדדי פנוטיפ נוספים, ובכך מגבירה את הרלוונטיות התרגומית.
שילוב תהליכי עבודה וצינור עיבוד
פלטפורמת הדימוי מרובת הערוצים (multiplexed imaging) זו משלבת שלבים החל מגילוי מוקדם, דרך זיהוי מועמדים מובילים (lead identification), ועד לתיקוף פרה-קליני, תוך שימוש ב-PDOs להשגת רציפות תרגומית.
- ביולוגיה של גילוי: תומך בבדיקת היפותזות ובבירור מסלולים במודלים רלוונטיים למטופלים.
- סריקה: מספק פלטיים כמותיים, הניתנים לשחזור ומוכנים לבדיקה, לצורך הערכת תרכובות.
- אנליזה: מספק מדידות בעלות תוכן גבוה ופלטים סטטיסטיים לצורך ניתוח השוואתי.
- מחקר טרנסלציונלי: מגשר בין שלבי הגילוי לשלבים הפרה-קליניים באמצעות נתונים רלוונטיים למחלה.
- שימוש חוזר ארגוני: מבסס פלטפורמה ניתנת להרחבה ושימוש חוזר עבור מודליות טיפוליות ופנוטיפים מגוונים.
השפעה תפעולית ועסקית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון בחיזוי ומפחית עמימות מכניסטית בהערכת תגובה לתרופות.
- ערך תפעולי: מבצע סטנדרטיזציה ואוטומציה של הדימות והניתוח לצורך הדירות ויכולת הרחבה.
- ערך אסטרטגי: מאפשר קבלת החלטות מושכלת לגבי המשך או הפסקת הפיתוח (go/no-go) וניהול פורטפוליו יעיל מבחינת הון.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתעדוף מותאם סיכון ובקידום מועמדים עם ראיות טרנסלציונליות.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בתרביית תאים בתלת-ממד, בדימות תאים חיים ובניתוח תמונות.
- נדרשת גישה לפלטפורמות דימות אוטומטיות ולתוכנות ניתוח תואמות.
- דורש סטנדרטיזציה בין-צוותית להקמת הבדיקה ולפירוש הנתונים.
- יש להתאים את הפרוטוקולים למקורות PDO שונים ולנקודות קצה פנוטיפיות.
- מגבלות דגימה ותאימות ריאגנטים עלולות להגביל את התפוקה ואת הניתוחים הבאים בתהליך.
שאלות נפוצות בביופארמה
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:24
Plating Intact Patient‐Derived Organoids and Setting Up Imaging Parameters for Multiplexed Live‐Cell Imaging
6:34
Image Analysis in Gen5 Software to Analyze Drug Response in Patient‐Derived Organoids Using Multiplexed Live‐Cell Imaging
