$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Wysokoprzepustowe badania przesiewowe (HTS) to sprawdzona strategia powszechnie stosowana do identyfikacji nowych cząsteczek terapeutycznych lub do repozycjonowania leków zatwierdzonych przez FDA w nowych wskazaniach medycznych. 1 Jak dotąd, osiągnięty sukces HTS może być mierzony przez mnogość wcześniej odkrytych leków. Na przykład inhibitor kinazy tyrozynowej lapatynib stosowany w leczeniu raka piersi, sitagliptyna; inhibitor dipeptydylopeptydazy-4 (DPP-4) stosowany jako lek przeciwhiperglikemiczny oraz doustny inhibitor kinazy tyrozynowej Bcr-Abl dazatynib stosowany w leczeniu przewlekłej białaczki szpikowej to tylko kilka przykładów z długiej listy zatwierdzonych leków pierwotnie odkrytych przez HTS. 2 Chociaż produktywność przemysłu farmaceutycznego ostatnio ucierpiała z powodu braku odkryć nowych substancji chemicznych, prawdopodobieństwo udanego odkrycia leku można zwiększyć poprzez zwiększenie liczby kandydatów przedklinicznych wykazujących modulacyjne właściwości biologiczne/biochemiczne. W związku z tym opracowanie nowych testów HTS dostosowanych do fenotypowych badań przesiewowych może potencjalnie dostarczyć ważnych narzędzi farmakologicznych do odkrywania nowych leków. 3,4,5,6 Co więcej, HTS może być teraz wykonywany w szybszym tempie ze względu na znaczące przemiany technologiczne w ostatnich latach, w tym specjalnie zaprojektowane elastyczne instalacje robotyczne, nowatorskie technologie odczytu i rozległą miniaturyzację. 2,7 Jednym z czynników przyczyniających się do rosnącego zainteresowania stosowaniem fenotypowych badań przesiewowych (aka farmakologii przyszłościowej) jest przekonanie, że skupienie się na efektach funkcjonalnych, a nie na nadmiernie uproszczonych redukcjonistycznych założeniach dotyczących celów molekularnych (badania przesiewowe oparte na celu/reakcje biochemiczne) ma większe szanse na wykazanie skuteczności klinicznej. W związku z tym fenotypowe badania przesiewowe dają nadzieję na odkrycie nowych potencjalnie terapeutycznych związków i szlaków molekularnych obecnie nieuleczalnych chorób. 2
Aby poprawnie zidentyfikować inhibitory lub aktywatory dla danego celu molekularnego lub funkcji komórkowej, wymagany jest bardzo czuły i wiarygodny test w celu odróżnienia prawdziwych trafień od wyników fałszywie dodatnich. Co więc sprawia, że test jest dobry? Jakość danego testu musi być najpierw oceniona na podstawie stosunku sygnału do szumu (odzwierciedlonego przez współczynnik Z). 8 Po drugie, docelowy efekt lub cel ekranu powinien być jasno określony. Na przykład funkcjonalne podejścia oparte na komórkach mogą przynieść znaczące korzyści w zakresie badań przesiewowych receptorów w przeciwieństwie do testu zaprojektowanego specjalnie do oceny wiązania liganda z receptorem. Powodem tego jest to, że to drugie podejście nie pozwala na rozróżnienie ligandów agonistycznych i antagonistycznych. 9 W przeciwieństwie do tego, podejście oparte na komórkach może być prawdopodobnie bardziej skuteczne, ponieważ funkcja receptora może być bezpośrednio oceniana w fenotypie biologicznym (proliferacja, zatrzymanie cyklu komórkowego, apoptoza i/lub różnicowanie). Należy jednak zauważyć, że testy biochemiczne mogą zapewnić znaczące korzyści w porównaniu z testami fenotypowymi, ponieważ naruszają określony cel wewnątrzkomórkowy. Dobrze zoptymalizowany test biochemiczny będzie na ogół miał mniejsze rozproszenie danych niż fenotypowe badanie przesiewowe, jednocześnie upraszczając późniejsze badania związane z molekularnym mechanizmem działania leku. Jednak główną wadą testów opartych na celach lub biochemicznych jest szansa na zwiększenie liczby wyników fałszywie dodatnich, które mogą wpływać na cele niespecyficzne podczas testowania w systemie biologicznym (utrata swoistości pierwotnie badanej w teście biochemicznym). 10 Chociaż dobrze ustalony punkt odcięcia między negatywnymi i pozytywnymi trafieniami może zminimalizować liczbę wyników fałszywie dodatnich w pierwotnym badaniu przesiewowym, użycie fizjologicznie odpowiedniego systemu naśladującego natywne środowisko komórkowe, takie jak nienaruszone komórki, cała tkanka lub całe zwierzę, pozostaje rdzeniem wahadła projektu testu. W związku z tym fenotypowe badania przesiewowe umożliwiają odkrycie wiodącego o pożądanych skutkach biologicznych/fenotypowych w przypadku chorób bez zidentyfikowanych celów leków, bez wcześniejszej wiedzy na temat aktywności lub sposobu działania związku.11
Niniejsze badanie dotyczy rozwoju i testowania zoptymalizowanego i powtarzalnego fenotypowego badania przesiewowego opartego na dwóch ważnych komponentach: komercyjnie dostępnym modelu myszy i zgrupowanej podrodzinie związków chemicznych. W odniesieniu do modelu zwierzęcego test opiera się na wykorzystaniu limfocytów pochodzących ze szczepu myszy (Nur77GFP) zawierającego sztuczny chromosom bakteryjny zawierający kasetę, w której ekspresja białka zielonej fluorescencji (GFP) jest sterowana przez promotor Nur77. 12 Cechą charakterystyczną tej stymulacji jest fakt, że Nur77 jest natychmiastowym wczesnym genem, który uległ regulacji w górę po stymulacji receptora limfocytów T (TCR) lub receptora komórek B (BCR). 12 Jeśli chodzi o samą metodę przesiewową, zastosowano podejście, które pomogło uniknąć przesiewania trywialnych analogów, jednocześnie minimalizując czas potrzebny na ocenę dużej biblioteki chemicznej (>105 związków). W tym celu wykorzystano bazę danych związków chemicznych wybranych przez chemików medycznych za pomocą wirtualnych narzędzi przesiewowych w celu zidentyfikowania topologicznie podobnych związków na podstawie znanych aktywnych struktur nasiennych jako punktów odniesienia. Takie podejście pozwoliło nam na przebadanie przesiewowe 4 398 związków reprezentujących ogólną bibliotekę ponad 136 000 jednostek chemicznych.