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Avaliação fatorial Z'
A Figura 2 mostra os dados de um dos dois experimentos realizados para calcular o fator Z'. O controle positivo foi claritromicina a 4 μg/mL. Ambos os experimentos produziram fatores Z 'de 0,64 e 0,62, o que significa que as condições e a leitura usadas para este ensaio podem ser aplicadas ao ensaio de triagem que se seguiu (Z '> 0,5). No entanto, o fator Z' foi calculado para todos os experimentos restantes (ensaio de infecção) para controlar o desempenho de cada experimento.
Como prova de conceito do ensaio HTS projetado, uma biblioteca de compostos destinados ao reaproveitamento de medicamentos foi testada. É composto por 1280 moléculas diversas e pequenas, 95% das quais são medicamentos aprovados pela FDA e EMA. Essas moléculas oferecem alta diversidade química e farmacológica.

Figura 2: Resultados da avaliação fatorial Z'. Mab a 2,5 x 105 UFC/mL foi incubado com e sem claritromicina a 4 μg/mL por 48 h a 37 °C. Após o período de incubação, a luminescência foi medida para avaliar a viabilidade micobacteriana. O gráfico mostra os valores individuais de luminescência de micobactérias viáveis tratadas e não tratadas em um experimento independente. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Triagem de acertos na biblioteca
Todos os compostos foram testados a 6,66 μM contra Mab. Devido ao tamanho da biblioteca, os compostos foram divididos em quatro diferentes placas de microtitulação de 384 poços (Figura 3A-D). Os resultados foram normalizados tanto para o solvente quanto para o efeito de borda verificado.
Neste ensaio de triagem, trinta e três acertos foram identificados, trinta dos quais diminuíram significativamente a emissão de luminescência, reduzindo a viabilidade micobacteriana (Figura 3). Curiosamente, três compostos levaram a uma maior emissão de luminescência, possivelmente relacionada ao aumento do metabolismo ou proliferação bacteriana (Figura 3). Todos os 33 acertos foram levados para o ensaio de validação, incluindo os três compostos que aumentaram a luminescência, para testar se esse perfil seria mantido.

Figura 3: Resultados da triagem da biblioteca. (A-D) Mab a 2,5 x 105 UFCs/mL foi incubado com 1280 compostos a 6,66 μM por 48 h a 37 °C. Após a incubação, a luminescência foi medida para avaliar a viabilidade micobacteriana. Os gráficos mostram a RLU de um experimento independente, apresentada como unidades arbitrárias após a normalização do solvente e do efeito de borda. O AVG RLU e seu DP correspondente foram calculados para cada placa para determinar um limite (em cinza; AVG ± 3SD). Os símbolos redondos representam um composto testado. Em azul, qualquer composto fora desse limite é considerado um acerto. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Ensaio de validação de acertos
As concentrações usadas para este ensaio foram 13,3 μM, 6,66 μM e 3,3 μM. Cada composto foi testado em duplicata para aumentar a robustez.
É importante ressaltar que os compostos 30, 31 e 32, anteriormente associados a maior RLU (Figura 3A,C), mantiveram esse perfil, com mais de 200% de viabilidade micobacteriana alcançada em poços tratados com o composto 32 (Figura 4).
Os compostos 20 e 33 foram considerados inativos, pois a viabilidade micobacteriana é próxima de 100% em todas as concentrações testadas (Figura 4).
Os compostos 9 e 21 apresentaram inatividade semelhante nas duas concentrações mais baixas; no entanto, ao contrário do 20, eles permanecem ativos no máximo, 13,3 μM, com o composto 21 exibindo maior potência (Figura 4).
O composto 3 também apresenta inatividade na concentração mais baixa e uma perda de atividade em 6,66 μM, embora menor que o composto 21 (Figura 4). Apenas na menor concentração, os compostos 2, 7, 8, 10, 16, 18, 24 e 28 apresentaram menor potencial terapêutico. No entanto, 2, 10 e 28 ainda levam a <50% da viabilidade micobacteriana.
Globalmente, os quatorze compostos restantes foram ativos em todas as concentrações testadas.

Figura 4: Resultados do ensaio de validação de acerto. Mab a 2,5 x 105 UFC/mL foi incubado com cada hit previamente identificado a 13,3 μM, 6,66 μM e 3,3 μM (1,3%, 0,7% e 0,3% de DMSO, respectivamente) por 48 h a 37 °C. Após o período de incubação, a luminescência foi medida para avaliar a viabilidade micobacteriana. O gráfico mostra as porcentagens de micobactérias viáveis tratadas em relação às micobactérias não tratadas de um experimento independente, com cada composto testado em duplicata. Os símbolos redondos representam as duplicatas de cada composto. As barras representam a média dessas duplicatas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Ensaio de infecção
Dos trinta e três compostos testados, vinte e oito foram selecionados para o ensaio de infecção (Figura 4). Os compostos 7, 8, 9, 20 e 33 não foram selecionados para este ensaio. Enquanto 9, 20 e 33 foram deixados de fora por inatividade quando validados (Figura 4), os dois primeiros foram deixados de fora por motivos técnicos. No entanto, esses compostos foram identificados como rifampicina e linezolida, antibióticos já utilizados para tratar infecções por Mab12. Todos os compostos testados no ensaio de infecção foram identificados e estão listados na Tabela 1. A atividade antimicrobiana dos compostos contra macrófagos infectados com Mab foi avaliada usando a fluorescência intrínseca da bactéria como leitura.
| Composto | Nome | Composto | Nome |
| 1 | Sulfatiazol | 18 | Cefuroxima |
| 2 | Ciprofloxacina | 19 | Rifaximina |
| 3 | Cefotaxima | 21 | Cefdinir |
| 4 | Daunorrubicina | 22 | Claritromicina |
| 5 | Doxorrubicina | 23 | Besifloxacina |
| 6 | Thiostrepton | 24 | Levofloxacina |
| 10 | Amicacina | 25 | Rifabutina |
| 11 | Moxalactama | 26 | Gatifloxacina |
| 12 | Sulfametizol | 27 | Epirrubicina |
| 13 | Sulfamenometoxina | 28 | Pamoato de pirvinio |
| 14 | Cefoxitina | 29 | Moxifloxacina |
| 15 | Novobiocina | 30 | Troleandomicina |
| 16 | Cefmetazol | 31 | Lincomycin |
| 17 | Roxitromicina | 32 | Espiramicina |
Tabela 1: Lista dos compostos testados no ensaio de infecção. Os compostos validados na etapa 4 foram testados no ensaio de infecção (etapa 5).
A toxicidade dos compostos para macrófagos infectados com Mab foi o primeiro parâmetro avaliado. O limite estabelecido para considerar um composto como tóxico ou não tóxico foi de 85% de macrófagos viáveis (Figura 5). Dos vinte e oito compostos testados, 4, 5, 6, 27 e 28 foram considerados tóxicos. (Figura 5). Assim, esses cinco compostos foram excluídos da seguinte avaliação da atividade intramacrofágica.

Figura 5: Toxicidade de hits para macrófagos infectados com Mab. BMMs de camundongos BALB/c foram infectados com Mab (MOI=1) e incubados com cada hit previamente identificado a 13,3 μM, 6,66 μM e 3,3 μM (1,3%, 0,7% e 0,3% de DMSO, respectivamente) por 48 h a 37 °C com 7% de CO2. As células foram visualizadas em um microscópio de fluorescência de triagem de alto conteúdo, usando o número de núcleos (corados com DAPI) para medir a viabilidade celular. O gráfico mostra as porcentagens de macrófagos infectados tratados viáveis em relação aos macrófagos infectados viáveis não tratados de dois experimentos independentes. Os símbolos redondos representam a viabilidade da célula para cada ensaio. As barras representam a média de dois experimentos independentes. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Para inferir a atividade intramacrofágica dos vinte e três compostos restantes contra o Mab intracelular (Figura 6), a fórmula Mycoload (explicada anteriormente na etapa 6) foi usada para obter a porcentagem de viabilidade micobacteriana normalizada para macrófagos infectados não tratados. A maioria dos compostos perdeu seu potencial terapêutico contra micobactérias internalizadas (Figura 6) em comparação com o ensaio de validação de acertos (Figura 4), pois o número de acertos reduziu de vinte e cinco para seis na concentração mais alta testada. Surpreendentemente, todos os três compostos que aumentaram a viabilidade do Mab planctônico em comparação com bactérias não tratadas (30, 31 e 32; Figura 3 e Figura 4) apresentaram atividade antimicobacteriana contra Mab intracelular, com os compostos 30 e 32 apresentando diferença estatisticamente significativa quando comparados ao DMSO, mesmo a 3,3 μM no caso do composto 32 (Figura 6). As micobactérias tratadas com os compostos 11 e 23 apresentaram viabilidade <50% a 13,3 μM; no entanto, isso não foi significativamente diferente do controle DMSO (Figura 6). Os compostos 21, 26 e 29 foram potentes o suficiente a 13,3 μM para justificar uma diferença estatística significativa, sendo 29 o mais ativo (Figura 6). Por fim, os compostos 17, 22 e 25 foram extremamente potentes em todas as concentrações testadas contra micobactérias internalizadas. Estes foram identificados como roxitromicina, claritromicina e rifabutina, respectivamente (Tabela 1). Dos três compostos, a claritromicina foi a mais ativa contra o Mab, com viabilidade micobacteriana nunca ultrapassando 10%, apresentando um valor de p <0,0001 em todas as concentrações testadas em comparação com o DMSO (Figura 6).

Figura 6: Atividade intramacrofágica de Hits contra macrófagos infectados com Mab. BMMs de camundongos BALB/c foram infectados com Mab (MOI=1) e incubados com cada acerto previamente identificado a 13,3, 6,66 e 3,3 μM (1,3, 0,7 e 0,3% de DMSO, respectivamente) por 48 h a 37 °C com 7% de CO2. As células foram visualizadas em um microscópio de fluorescência de triagem de alto conteúdo e o sinal fluorescente foi usado para calcular o Mycoload (consulte a etapa 6). O gráfico mostra as porcentagens de Mycoload encontradas em macrófagos infectados tratados em relação a macrófagos infectados não tratados em dois experimentos independentes. A estatística foi realizada por meio de ANOVA de duas vias com teste de comparações múltiplas de Dunnet; *, p < 0,05; **, p < 0,01; , p < 0,001; , p < 0,0001 em comparação com o DMSO (controle de solventes). Os asteriscos seguem o mesmo código de cores para cada concentração que a legenda do gráfico. Os símbolos redondos representam o Mycoload para cada ensaio. As barras representam a média de dois experimentos independentes. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura suplementar 1: Exemplo de um layout de placa de 384 poços usado na avaliação do fator Z'. White - poços em branco (apenas meio de crescimento líquido); amarelo - controle positivo (bactérias tratadas com antibiótico); vermelho - controle negativo (bactérias não tratadas). Clique aqui para baixar este arquivo.
Figura suplementar 2: Exemplo de um layout de placa de 384 poços usado na triagem da biblioteca. White - poços em branco (apenas meio de crescimento líquido); verde - controle de solventes; vermelho - controle negativo (bactérias não tratadas); azul - compostos a serem rastreados. Clique aqui para baixar este arquivo.
Figura suplementar 3: Exemplo de um layout de placa de 384 poços usado para validação de acerto. White - poços em branco (apenas meio de crescimento líquido); verde - controle de solventes (em duplicatas); vermelho - controle negativo (bactérias não tratadas); azul - compostos a serem rastreados (em duplicatas). As cores desbotadas representam diluições seriais 1:2. Clique aqui para baixar este arquivo.
Figura suplementar 4: Exemplo de um layout de placa de 96 poços usado para um ensaio de infecção. Branco - poços em branco (água para evitar a evaporação); vermelho - controle negativo (macrófagos não tratados); amarelo - controle positivo (macrófagos tratados com antibiótico); verde - controle de solventes; azul - compostos a serem testados. As cores desbotadas representam diluições seriais 1:2. Clique aqui para baixar este arquivo.
Figura suplementar 5: Protocolo de análise de imagem. Um protocolo detalhado de análise de imagens é utilizado neste trabalho, que pode ser adaptado para software de código aberto. Clique aqui para baixar este arquivo.