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 препаратов на основе транскриптома с использованием клеточных культур ex vivo или in vitro. Инновационный протокол «mini-bug» сочетает в себе миниатюризированные культуры с воздействием (пертурбацией) и передовые методы транскриптомики для эффективного поиска новых мишеней лекарственных средств.
Основные компоненты исследования
Область исследований
- Транскриптомика
- Скрининг препаратов
- Методы культивирования клеток
Теоретическая часть
- Транскриптомика позволяет глубже понять клеточные реакции на внешние условия.
- Традиционный скрининг лекарственных препаратов часто упускает новые мишени для воздействия.
- Стоимость и сложность препятствуют широкому применению транскриптомики в поиске новых лекарственных средств.
Используемые методы
- Использование PBMC (мононуклеарных клеток периферической крови) в экспериментах
- Методы минитюаризации разведения лекарственных средств
- Передовые протоколы секвенирования и анализа
Основные результаты
- Протокол minibug позволяет получать ценные биологические сигналы при уменьшенной глубине секвенирования.
- Были выявлены потенциальные новые мишени для лекарственных препаратов помимо уже известных молекул.
- Метод облегчил проведение масштабного скрининга известных лекарств и новых соединений.
Выводы
- В исследовании разработан рабочий процесс, упрощающий поиск новых мишеней для лекарственных препаратов.
- В работе подчеркивается значимость интеграции транскриптомики в современные биологические исследования и процесс разработки лекарств.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Скрининг лекарственных препаратов на основе транскриптомики представляет собой масштабируемое решение для объективной идентификации клеточных ответов, вызванных действием препаратов, что позволяет преодолеть ограничения традиционных подходов, ориентированных на конкретные мишени. Протокол «мини-балков» (mini-bulk) обеспечивает высокопроизводительное и экономически эффективное профилирование транскриптома, поддерживая ранние этапы поиска и идентификации перспективных соединений-лидеров в различных библиотеках соединений. Данный рабочий процесс повышает прогностическую достоверность и эффективность отбора проектов в портфеле за счет выявления новых механизмов действия и побочных эффектов в широком масштабе.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Обеспечивает комплексный анализ клеточных путей в ответ на воздействие лекарственных препаратов.
- Помогает выявлять новые мишени для лекарств за пределами известных путей.
- Способствует снижению механистических рисков путем фиксации несмещенных транскриптомных сигнатур.
- Повышает прогностическую достоверность взаимодействия 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
- Сопоставляет транскриптомные показатели с клеточными моделями, релевантными заболеванию, при использовании PBMC или других первичных клеток.
- Обеспечивает преемственность от этапа раннего поиска до доклинической валидации путем связывания молекулярных сигнатур с фенотипическими результатами.
- Поддерживает принятие решений о продвижении проекта с учетом рисков на основе объективных молекулярных данных.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный протокол интегрирован в непрерывный процесс поиска — от раннего тестирования гипотез до идентификации ведущих соединений и доклинической оценки, что позволяет осуществлять масштабируемое и непредвзятое профилирование ответа на лекарственные препараты.
- Биологические исследования: Обеспечивают проверку гипотез и уточнение путей передачи сигнала путем измерения транскриптомных изменений после введения препарата.
- Скрининг: Предоставляют готовые к анализу воспроизводимые данные об экспрессии генов для высокопроизводительной оценки соединений.
- Аналитика: Обеспечивают количественные результаты для статистического сравнения эффектов препаратов при различных условиях.
- Трансляционные исследования: Связывают молекулярные сигнатуры с моделями соответствующих заболеваний, способствуя поиску биомаркеров, где это применимо.
- Корпоративное повторное использование: Предлагают масштабируемый и адаптивный рабочий процесс для многократного применения в различных программах по поиску новых лекарственных средств.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неопределенность при валидации мишеней.
- Операционная ценность: Стандартизирует и миниатюризирует транскриптомные рабочие процессы для обеспечения воспроизводимости и масштабируемости.
- Стратегическая ценность: Позволяет принимать более обоснованные решения о целесообразности дальнейшей разработки (go/no-go) и повышает эффективность использования капитала за счет поддержки крупномасштабного несмещенного скрининга.
- Влияние на портфель: Облегчает приоритизацию с учетом рисков и продвижение кандидатов в лекарственные препараты на основе надежных молекулярных данных.
Особенности реализации
- Требуются экспертные знания в области транскриптомики, культивирования клеток и технологий секвенирования.
- Необходим доступ к платформам высокопроизводительного секвенирования и аналитической инфраструктуре.
- Требуется межкомандная стандартизация процессов обработки образцов и анализа данных.
- Метод может быть адаптирован 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
