Экономичный транскриптомный скрининг лекарственных препаратов
23 февраля 2024 г.
Этот протокол описывает рабочий процесс от культивирования клеток ex vivo или in vitro до предварительной обработки транскриптомных данных для экономически эффективного скрининга лекарств на основе транскриптома.
Транскриптомика позволяет глубже понять клеточные программы и их реакцию на внешние изменения. Однако, несмотря на значительное сокращение затрат на библиотечное производство и секвенирование за последние десятилетия, применение этой технологии в масштабах, необходимых для скрининга лекарств, по-прежнему остается недоступным, что препятствует огромному потенциалу этих методов. В нашем исследовании представлена экономически эффективная система скрининга лекарственных средств на основе транскриптома, сочетающая миниатюрные культуры возмущений с мини-объемной транскриптомикой.
Оптимизированный протокол mini-bulk обеспечивает информативный биологический сигнал на экономически эффективной глубине секвенирования, что позволяет проводить обширный скрининг известных лекарств и новых молекул. Одним из ключевых преимуществ сочетания транскриптомики с объективным скринингом лекарственных препаратов является возможность выявления новых мишеней для лекарственных препаратов, которые ранее не рассматривались. Традиционные подходы к скринингу лекарственных средств часто фокусируются на установленных молекулах-мишенях или путях, что затрудняет идентификацию новых мишеней и потенциально приводит к появлению лекарств с непредвиденными побочными эффектами и ограниченной эффективностью.
Обзор
В данном исследовании представлен экономически эффективный рабочий процесс скрининга лекарственных средств на основе транскриптома с использованием клеточных культур ex vivo или in vitro. Инновационный протокол «minibug» сочетает в себе миниатюризированные культуры с воздействием факторов (пертурбациями) и передовые методы транскриптомики для эффективного поиска новых мишеней для лекарственных препаратов.
Основные компоненты исследования
Область исследования
- Транскриптомика
- Скрининг лекарственных препаратов
- Методы культивирования клеток
Теоретические основы
- Транскриптомика позволяет глубже понять клеточные реакции на внешние условия.
- Традиционный скрининг лекарственных средств часто не позволяет выявить новые мишени для препаратов.
- Стоимость и сложность препятствуют широкому применению транскриптомики в поиске новых лекарств.
Используемые методы
- Использование PBMC (мононуклеарных клеток периферической крови) в экспериментах
- Методы миниатюризированного разведения лекарственных средств
- Современные протоколы секвенирования и анализа
Основные результаты
- Протокол «мини-баг» (minibug) позволяет получать ценные биологические сигналы при меньшей глубине секвенирования.
- Выявлены потенциальные новые мишени для лекарственных препаратов помимо уже известных молекул.
- Обеспечен возможность проведения масштабного скрининга известных лекарственных средств и новых соединений.
Выводы
- В данном исследовании разработан рабочий процесс, облегчающий идентификацию новых мишеней для лекарственных препаратов.
- В работе подчеркивается значимость интеграции транскриптомики в современные биологические исследования и процесс поиска новых лекарств.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Скрининг лекарственных препаратов на основе транскриптомики предлагает масштабируемое решение для непредвзятой идентификации клеточных ответов, индуцированных препаратами, устраняя ограничения традиционных подходов, ориентированных на конкретные мишени. Протокол mini-bulk обеспечивает высокопроизводительное и экономически эффективное профилирование транскриптома, что способствует раннему обнаружению и идентификации перспективных соединений в различных библиотеках соединений. Данный рабочий процесс повышает достоверность прогнозов и эффективность сортировки портфеля препаратов за счет выявления новых механизмов действия и побочных эффектов в широком масштабе.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Позволяет проводить комплексный анализ клеточных путей в ответ на воздействие лекарственных препаратов.
- Способствует выявлению новых мишеней для лекарств за пределами известных путей.
- Облегчает снижение механистических рисков за счет регистрации несмещенных транскриптомных сигнатур.
- Повышает прогностическую достоверность связывания с мишенью и последующих эффектов.
Скрининг и разработка анализа
- Подготовка валидированных биологических систем для высокопроизводительного транскриптомного скрининга.
- Получение воспроизводимых количественных данных об экспрессии генов для оценки соединений.
- Обеспечение стандартизации анализа и масштабируемости до сотен условий за один запуск.
- Возможность надежного сравнения известных и новых молекул в различных условиях.
Трансляционные и доклинические исследования
- Позволяет сопоставлять данные транскриптомного анализа с клеточными моделями соответствующих заболеваний при использовании PBMC или других первичных клеток.
- Обеспечивает преемственность от этапа раннего поиска до доклинической валидации путем установления связи между молекулярными сигнатурами и фенотипическими исходами.
- Помогает принимать обоснованные решения о дальнейшем продвижении разработки с учетом рисков на основе объективных молекулярных данных.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный протокол интегрируется в процесс разработки препаратов — от первоначальной проверки гипотез до идентификации ведущих соединений и доклинической оценки, обеспечивая масштабируемое и объективное профилирование ответа на лекарственные средства.
- Поисковая биология: поддерживает проверку гипотез и уточнение сигнальных путей путем измерения транскриптомных изменений после воздействия препарата.
- Скрининг: предоставляет воспроизводимые данные об экспрессии генов, готовые для анализа, для высокопроизводительной оценки соединений.
- Аналитика: обеспечивает количественные данные для статистического сравнения эффектов препаратов при различных условиях.
- Трансляционные исследования: связывает молекулярные сигнатуры с релевантными моделями заболеваний, способствуя поиску биомаркеров, где это применимо.
- Корпоративное повторное использование: предлагает масштабируемый и адаптивный рабочий процесс для многократного применения в различных программах по поиску лекарственных средств.
Операционное и корпоративное влияние
- Научная ценность: повышает достоверность прогнозов и снижает механистическую неопределенность при валидации мишеней.
- Операционная ценность: стандартизирует и миниатюризирует рабочие процессы транскриптомного анализа для обеспечения воспроизводимости и масштабируемости.
- Стратегическая ценность: позволяет принимать более обоснованные решения о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и повышает эффективность использования капитала за счет поддержки масштабного непредвзятого скрининга.
- Влияние на портфель: способствует приоритизации и продвижению кандидатов в лекарственные препараты с учетом рисков на основе надежных молекулярных данных.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы в области транскриптомики, культуральных исследований клеток и технологий секвенирования.
- Необходим доступ к платформам высокопроизводительного секвенирования и аналитической инфраструктуре.
- Требуется стандартизация процессов обработки образцов и анализа данных между исследовательскими группами.
- Методика может быть адаптирована для различных типов клеток и условий воздействия препаратов путем оптимизации протокола.
- Для достижения оптимальных результатов необходимо контролировать пропускную способность образцов и вариативность времени инкубации.
Часто задаваемые вопросы по биофармацевтике
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:08
Drug Screening Using Peripheral Blood Mononuclear Cells (PBMCs) and Cell Lysate Preparation for mRNA Sequencing
3:01
cDNA Library Preparation from the Drug Treated‐Peripheral Blood Mononuclear Cell (PBMC) Lysate for mRNA Sequencing
5:31
mRNA Sequencing to Understand the Cellular Effect of Drug Treatment
