Устройство прямой инфузии для доставки молекул в растения
2 июня 2023 г.
В этой рукописи описывается новое устройство прямой инфузии растений для скрининга эффективности молекул против бактерий (Candidatus Liberibacter asiaticus) или их насекомых-переносчиков (Diaphorina citri, Kuwayama), которые в сочетании связаны с цитрусовой болезнью Хуанлунбин.
Доставка терапевтической молекулы туда, где патоген находится в растении, может быть сложной задачей. Лечение Candidatus Liberibacter asiaticus, или CLas, бактерии, которая ограничена флоэмой, представляет собой одну из самых больших проблем в доставке молекул против нее, особенно при использовании традиционных методов, таких как распыление. Простота печати устройства для прямой инфузии растений и его простота реализации делают его доступным для всех.
Это позволяет проводить широкомасштабный скрининг молекул на предмет их потенциального терапевтического эффекта на деревьях. Дополнительным преимуществом является то, что диффузия молекул использует естественный процесс транспирации растений. Наши исследования повысили эффективность и точность доставки молекул в растения, что может быть использовано для целого ряда исследовательских приложений.
Просеивая сотни молекул на небольших растениях, мы можем устранить необходимость в более крупных деревьях, что приведет к снижению затрат и использования пространства.
Обзор
В данном исследовании представлено новое устройство для прямой инфузии растений, предназначенное для эффективного скрининга терапевтических молекул против бактериального патогена Candidatus Liberibacter asiaticus (CLas) и переносящего его насекомого Diaphorina citri. Устройство повышает точность доставки соединений непосредственно к месту локализации патогена в растении, используя естественные процессы транспирации растений.
Основные компоненты исследования
Область исследований
- Патология растений
- Доставка терапевтических молекул
- Болезни цитрусовых
Теоретические основы
- Candidatus Liberibacter asiaticus представляет собой ограниченный флоэмой патоген, связанный с заболеванием «зеленая цитрусовая болезнь» (Huanglongbing) у цитрусовых.
- Традиционные методы лечения часто характеризуются недостаточной точностью и эффективностью доставки терапевтических молекул.
- Новое устройство направлено на улучшение доступности и эффективности скрининга терапевтических агентов.
Используемые методы
- 3D-печать устройства для прямой инфузии растений (DPI)
- Применение на небольших цитрусовых деревьях в горшках
- Использование транспирации растений для диффузии молекул
Основные результаты
- Разработка устройства DPI, обеспечивающего точную доставку молекул в очаг инфекции.
- Возможность эффективного скрининга сотен молекул на небольших растениях.
- Снижение затрат и потребности в ресурсах для исследовательских целей.
Выводы
- В исследовании продемонстрирован эффективный метод доставки терапевтических молекул для борьбы с Candidatus Liberibacter asiaticus и его переносчиком.
- Данный подход обладает значительным потенциалом для продвижения исследований заболеваний цитрусовых и совершенствования стратегий лечения.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности и производства
Устройства для прямой инфузии молекул в растения устраняют критический барьер в сельскохозяйственных исследованиях и разработках, обеспечивая точный и воспроизводимый скрининг соединений непосредственно в месте активности патогенов или вредителей. Данный подход повышает прогностическую достоверность при оценке молекул на ранних стадиях, способствуя быстрому отбору и приоритизации перспективных терапевтических кандидатов для борьбы с болезнями растений. Масштабируемость и экономическая эффективность этого метода делают его крайне актуальным для портфельного скрининга и трансляционных исследований в области защиты сельскохозяйственных культур.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Позволяет напрямую проверять терапевтические гипотезы в модельных растительных системах, имеющих значение для изучения заболеваний.
- Обеспечивает функциональную валидацию молекул-кандидатов в отношении патогенов, ограниченных флоэмой, и насекомых-переносчиков.
- Способствует снижению механистических рисков путем изоляции эффектов соединений внутри сосудистой системы растения.
- Повышает прогностическую достоверность при отборе ведущих соединений в сельскохозяйственных разработках.
Скрининг и разработка анализа
- Стандартизирует подачу соединений для получения воспроизводимых количественных результатов скрининга.
- Снижает вариабельность, характерную для методов обработки листьев или полива почвы.
- Подготавливает валидированные растительные системы для высокопроизводительного скрининга антимикробных и инсектицидных агентов.
- Обеспечивает надежное сравнение эффективности нескольких кандидатов из числа соединений.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет результаты скрининга с конечными точками, значимыми для патологий цитрусовых.
- Обеспечивает непрерывность процесса от начального этапа поиска до доклинической валидации в исследованиях здоровья растений.
- Предоставляет трансляционные данные о распределении и эффективности соединений в системах целого растения.
- Снижает риски при принятии решений о дальнейшем продвижении путем демонстрации биологической активности in situ.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данное устройство для прямой инфузии интегрируется в цикл разработки сельскохозяйственных терапевтических средств от этапа поиска до доклинических исследований, обеспечивая переход от первичного скрининга к трансляционной валидации на малых моделях растений.
- Дискавери-биология: Обеспечивает проверку гипотез об активности молекул на интерфейсе взаимодействия с патогеном или вредителем.
- Скрининг: Обеспечивает стандартизированные количественные показатели поглощения соединений и биологического эффекта.
- Аналитика: Позволяет измерять снижение титра патогена и смертность вредителей в качестве определяющих показателей для принятия решений.
- Трансляционные исследования: Предоставляют масштабируемую платформу для согласования раннего скрининга с моделями заболеваний, актуальными для полевых условий.
- Корпоративное повторное использование: Предлагает недорогую воспроизводимую систему, адаптируемую к различным контекстам взаимодействия растений и патогенов.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает точность прогнозирования и снижает механистическую неопределенность при скрининге терапевтических средств для растений.
- Операционная ценность: стандартизирует способы введения и измерения, повышая воспроизводимость и масштабируемость.
- Стратегическая ценность: позволяет эффективно принимать решения о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и оптимизировать распределение ресурсов в научно-исследовательских программах.
- Влияние на портфель: поддерживает приоритезацию с учетом рисков и продвижение молекул-кандидатов для защиты сельскохозяйственных культур.
Особенности реализации
- Для получения стабильных результатов требуется опыт работы с растениями и сборки устройств.
- Для изготовления устройств необходим доступ к 3D-печати и базовой лабораторной инфраструктуре.
- Требуется межкомандная стандартизация протоколов приготовления и введения соединений.
- Метод адаптируем к различным моделям небольших растений, но может потребовать оптимизации для разных видов или тканей.
- Согласно имеющимся данным, применение ограничено условиями теплиц или контролируемой среды.
Часто задаваемые вопросы по биофармацевтике
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:04
3D-Printing of Direct Plant Infusion (DPI) Device and Fabrication of Plastisol Rings
4:49
Attachment of the Direct Plant Infusion (DPI) Device to Citrus Plants for Compound Injection
6:20
Applying Compounds to Citrus Plants Using a Novel 3D-Printed Direct Plant Infusion (DPI) Device
