Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Biology

Diagonale methode maatregel synergie tussen een willekeurig aantal Drugs

doi: 10.3791/57713 Published: June 21, 2018

Summary

In dit protocol beschrijven we how to make Loewe additiviteit gebaseerde drug interactie metingen voor paarsgewijs en drieweg drug combinaties.

Abstract

De combinatie van een synergetische drug heeft een grotere werkzaamheid ten opzichte van de effecten van individuele drugs. Dambord testen, waar drugs worden gecombineerd in vele doses, kunnen gevoelige meting van de interactie van de drug. Echter, deze tests zijn duur en niet goed voor het meten van de interactie tussen veel drugs doen schaal. Verschillende recente studies hebben gemeld drug interactie metingen met behulp van een diagonale steekproef van de traditionele dambord assay. Deze alternatieve methode sterk vermindert de kosten van de drug interactie experimenten en interactie meting voor combinaties met veel drugs kunt. Hier beschrijven we een protocol voor het meten van de drie paarsgewijs interacties en een drie-weg interactie tussen drie antibiotica in tweevoud, in vijf dagen, met behulp van slechts drie 96-Wells microplates en gebruikelijke laboratoriumbenodigdheden. Wij presenteren representatieve resultaten laten zien dat de combinatie van de drie-antibioticum van Levofloxacine + Nalidixic zuur + penicilline G synergetische. Ons protocol schalen omhoog voor het meten van de interacties tussen veel drugs en in andere biologische verbanden, waardoor voor efficiënte schermen voor multi drug synergieën tegen ziekteverwekkers en tumoren.

Introduction

Drug combinaties kunnen vertonen verrassend hoog of laag effect op een fenotype gegeven van de effecten van de samenstellende drugs, overeenkomt met de drug synergistische of antagonistische interacties, respectievelijk1,2,3. Het gebruik van synergetische combinaties mogelijk dosis-escalatie voor verhoging van de doeltreffendheid en dosis-vermindering voor neveneffect verlichting. Combinatie behandelingen mogen ook meerdere tegenslagen op mobiele machines, waardoor het blokkeren van potentiële mechanismen van de evolutionaire ontsnappen aan weerstand4toepassen. Daarom worden combinaties van drie of meer drugs routinematig gebruikt in pathogen of kanker behandeling5.

Synergie en tegenstellingen worden gedefinieerd door een vergelijking tussen het waargenomen effect van een combinatie ten opzichte van een verwachte effect gegeven individuele drug effecten. Onder de modellen voor interactie van de drug, Loewe additiviteit is de strengste en heeft een welomschreven null model ()Figuur 1)6, en de interactie van afgeleid synergie/antagonisme is onafhankelijk van de concentratie van de drug gebruikt 6 , 7. de Loewe-model is echter experimenteel duur zelfs voor een paarsgewijze interactie-test. Drug interactie assays traditioneel bestaan uit een 2D-matrix van drug concentratie combinaties (een dambord-assay) ()Figuur 2). Als 5 doses er voor elk medicijn gebruikt worden, dan 25 combinaties vereist zijn, dat overeenkomt met een helft van een microplate als experimenten zijn uitgevoerd in repliceren. De kosten van deze aanpak verbiedt synergie meting door de Loewe additiviteit model voor multi drug combinaties ()Figuur 3). Bijvoorbeeld, als u wilt testen een 10-manier interactie, zou traditionele methoden vereisen meer dan 100 duizend microplates, behoudens experimentele meting van eersterangs synergieën door de strenge, goed theorized en concentratie-onafhankelijke Loewe additiviteit model 8.

Huidige klinische behandelingen gebruiken slechts een fractie van mogelijke drug combinaties. De standaardbehandeling van actieve tuberculose is bijvoorbeeld een combinatie van drie antibiotica. Er zijn ongeveer 20 antibiotica gebruikt bij behandeling van Mycobacterium tuberculosis (Mtb). Er zijn 3-weg 1140 tot 20 drugs, elk met het potentieel te hebben van een sterke synergie tegen Mtbcombinaties mogelijk. Er is geen kosteneffectieve methode voor het meten van de interactie van de drug onder veel drugs, blijven levensreddende synergetische combinaties ongeteste.

Hier beschrijven we een eenvoudig protocol voor het meten van de interactie van de drug van de paarsgewijze en drieweg steekproefsgewijs alleen de diagonaal van een dambord assay ()Figuur 4 en Figuur 5). Het onderliggende concept van bemonstering van de diagonaal van een dambord experiment was theorie door Berenbaum in zijn baanbrekende werk in 19789. Nog, deze aanpak heeft pas onlangs vereffend drug synergie schermen10,11,12. We presenteren ons protocol met Escherichia coli (E. coli) en het fenotype van de groei. Wij stellen echter vast dat het protocol onafhankelijk is van de biologische soorten en fenotype van belang, en daarom kan worden toegepast op de meting van eersterangs drug synergie in andere biologische verbanden.

Protocol

Opmerking: Een klein molecuul dat remt de groei van E. coli bacteriën kan worden gebruikt voor de diagonale methode. In dit protocol, Levofloxacine (LEV), nalidixic zuur (NAL), en penicilline G (PNG) zal worden gebruikt als een voorbeeld, aangezien deze geneesmiddelen een saillant drieweg synergie aantonen. De workflow van dit protocol wordt weergegeven zoals Figuur 6. Voer alle stappen uit bij kamertemperatuur. Verse aliquots van bacteriën en drugs elke dag gebruiken. Uitvoeren van het experiment onder bioveiligheid niveaus geschikt voor E. coli.

1. voorbereiding stappen

  1. Bereiden van Luria Bertani (LB) media door 25 g van de pond-Bouillon toe te voegen aan 1 liter gedistilleerd water en meng. Autoclaaf bij 121 ° C gedurende 15 minuten en winkel de gesteriliseerde met autoclaaf media bij kamertemperatuur.
  2. E. coli glycerol voorraden voor te bereiden door het mengen van gelijke hoeveelheid steriele 50% glycerol en bacteriële cellen verdund tot OD600 = 1 in de pond-Bouillon en bevriezen van 150 µL aliquots in 1,5 mL microcentrifuge buizen bij-80 ° C.
  3. Los 20 mg van antibiotica, LEV, NAL en PNG in 1 mL dimethylsulfoxide (DMSO) elke. LEV oplossing 100 x 0,2 µg/mL verdund door het mengen van 10 µL van LEV oplossing met 990 µL van DMSO. Gebruik van 0,2 mg/mL LEV, en 20 mg/mL NAL en PNG in de stappen van de procedure.
  4. Aliquot 50 µL van elke antibioticum 1,5 mL microcentrifuge buizen en bevriezing bij-20 ° C.
  5. Neem één 150 µL aliquot van E. coli van-80 ° C. Ontdooien.
  6. Voeg 100 µL van E. coli glycerol voorraad in 5 mL LB media in een tube van 14 mL cultuur.
  7. Schud de buizen in een incubator 37 ° C's nachts bij 200 omwentelingen per minuut.

2. seriële verdunning dosis / respons-Experiment

  1. Nemen van een hoeveelheid drugs LEV, NAL en PNG van-20 ° C, laat ze bij kamertemperatuur gedurende 10 minuten te ontdooien en bereiden voor seriële verdunningen van deze drugs.
  2. 1100 µL van LB - 10% sol door het mengen van 990 µL van LB-media en 110 µL van oplosmiddel (DMSO) voorbereiden.
  3. 500 µL van LB - 10% LEV door het mengen van 450 µL van LB-media en 50 µL van LEV voorbereiden.
  4. Vortex LB - 10% sol voor 5 s bij de hoogste instelling. Voeg 20 µL van sol LB - 10% op de top vier rijen van putten in een 96-Wells-microplate.
  5. Vortex LB - 10% LEV voor 5 s bij de hoogste instelling. 20 µL van LB - 10% LEV toevoegen aan de eerste put in rij A.
  6. Maak twee-voudige seriële verdunning voor LB - 10% LEV door middel van 20 µL uit de eerste put, toe te voegen aan de tweede put, pipetting op en neer vijfmaal. Herhaal dit voor alle putjes sequentieel tot de 11e goed, die met 40 µL (figuur 7A eindigt).
  7. Verwijderen en gooi deze weg 20 µL van de inhoud van de 11e goed, met behulp van een micropipet.
  8. Herhaal stap 2.3-2.7 voor de drugs NAL en PNG met behulp van de tweede en derde rij van de microplate, respectievelijk.
  9. Herhaal stap 2.3-2.7 voor de drug LEV opnieuw op vierde rij als een interne positieve controle.
  10. Met behulp van een spectrofotometer, meten de OD600 van een 1:10 verdunning van de cultuur (stappen 1.5-1.7).
  11. Verdun de cellen in 5 LB media op een OD600 van 0,01 mL. Giet in een reservoir.
  12. Met behulp van een meerkanaals micropipet, 80 µL van de verdunde cellen aan de drug seriële verdunningen bereid in stap 2.4-2.9 toevoegen. De laatste drug concentraties in elk putje wordt weergegeven in figuur 7A. Het zegel van de plaat om te voorkomen dat de verdamping.
  13. Incubeer de plaat gedurende 16 uur bij 37 ° C.
  14. Start een nieuwe bacteriecultuur gebruiken in stap 3 (Herhaal stappen 1.5-1.7).

3. lineaire verdunning dosis / respons-Experiment

  1. Meet de extinctie van de600 OD voor seriële verdunning dosis / respons-plaat uit stap 2 met behulp van een afleesapparaat (figuur 7A juiste) en interpreteren van de resultaten op basis van de volgende stappen uit.
  2. Normaliseren van de groei door de groei in elk putje met de groei van de drug oncontroleerbaar voor elke rij te verdelen en berekenen procent groei door het normaliseren van de OD600tot geen drug voorwaarde.
  3. Voor elk medicijn, zoekt u de putten die ~ 50% groeiremming (IC50), weergegeven in oranje in figuur 7A gelijkhebben. De concentratie in deze putten als "seriële IC50" voor elk medicijn toewijzen.
  4. Verse drug aliquots ontdooien, bereiden 1 mL van LB - 10% sol door het mengen van LB-media en oplosmiddel (DMSO) in een 9:1 ratio en de LB - 10% drug door het mengen van LB-media en drugsgebruik in een 9:1-verhouding, waar de concentratie van de drug 100 x van elk medicijn de seriële IC50 is alvorens toe te voegen de LB-media , zoals gekozen bij stap 3.3.
  5. Bereid lineair toenemende doses van drugs LEV, NAL en PNG in 11 concentraties, door het mengen van LB - 10% drug en LB - 10% sol in volumes weergegeven in figuur 7B.
  6. Bereiden lineair toenemende doses van LEV op vierde rij als een interne positieve controle.
  7. Meten van de OD600 van de 1:10 verdunning van de cultuur begon in stap 2.14.
  8. Verdun de cellen in 5 LB media op een OD600 van 0,01 mL. Giet in een reservoir.
  9. Voeg 80 µL van de verdunde cellen aan de drug lineaire verdunningen bereid in stap 3.6 met behulp van een meerkanaals micropipet. De laatste drug concentraties in elk putje wordt weergegeven in figuur 7B.
    Opmerking: Het midden goed in de dosis-respons ontvangt de seriële IC50 voor deze drug. Zegel plaat om te voorkomen dat de verdamping.
  10. Incubeer de plaat gedurende 16 uur bij 37 ° C.
  11. Start twee verse bacteriële culturen gebruiken in stap 4 (Herhaal stappen 1.5-1.7).

4. de diagonale Drug interactie Experiment

  1. Meet de extinctie van de600 OD voor lineaire verdunning dosis-respons vanaf stap 3 (figuur 7B).
  2. Kies voor elk medicijn, de concentratie die resulteerde in IC50 en bereiden drug LEV, NAL en PNG in 100 x IC50 concentraties.
  3. Verse drugs ontdooien, bereiden van 100 x IC50 voor elk drug en drug van 1:1 mengsels te bereiden door volume van LEV + NAL, LEV + PNG en NAL + PNG en 1:1:1 drug mengsel volumepercentage van LEV + NAL + PNG.
  4. Twee platen voorbereiden drug interactie experimenten zoals aangegeven in Figuur 8.
  5. Meten van de OD600 van de 1:10 verdunning van de culturen in stap 3.11 begonnen.
  6. Bereiden van OD600 = 0,01 verdunningen van twee culturen in twee 10 mL van LB-media.
  7. Voeg 80 µL van de cellen van cultuur 1 en 2 op bord 1 en 2, respectievelijk. Het zegel van de platen om te voorkomen dat de verdamping. Incubeer de platen gedurende 16 uur bij 37 ° C.

5. de diagonale Drug interactie Scores

  1. Maatregel de extinctie600 OD voor interactie met de diagonale drug experimenteren platen uit stap 4.
  2. Normaliseren van de groei door de groei in elk putje met de groei in de geen controle op drugs goed voor elke rij te verdelen.
  3. Zoek de heeft groeiremming dichtst bij IC50, weergegeven in oranje in Figuur 8 juiste kolom voor elke rij. Toewijzen van IC50 gebaseerd op de relatieve concentratie van drug in dit goed.
  4. Berekenen verwachte IC50 voor LEV + NAL, LEV + PNG en NAL + PNG en LEV + NAL + PNG dosis-respons, gemiddeld de IC50 voor de enkele drugs in elke combinatie. Merk op dat gemiddeld een eenvoudige benadering voor exacte verwachte IC50 berekening zoals beschreven voor12.
  5. Fractionele remmende concentratie ("fic") scores berekenen door het verdelen van de waargenomen IC50 door de verwachte IC50 in elke combinatie.

Representative Results

Eerder, hebben we de paarsgewijze interacties tussen drie drugs gemeld: LEV, NAL en PNG op basis van testen in verkleinde dambord testen, waar twee geneesmiddelen werden samengevoegd in een 4 x 4 matrix13,14. Terwijl NAL en LEV synergetische waren, werd PNG gemeld dat antagonistische met LEV zowel NAL13,14. Hier, wij gecontroleerd deze paarsgewijze interacties en de drieweg interactie tussen deze drie drugs met een diagonale assay gemeten. Onze resultaten tonen aan dat LEV + NAL + PNG is een synergetische antibiotische combinatie van de 3-weg. Schematische voorstellingen voor de resultaten van de individuele experimentele procedure secties werden gegeven aan de rechterkant van de Figuur 7 en Figuur 8. Hier presenteren we en interpreteren van representatieve rauwe resultaten van drie lezingen van de plaat, die worden gegeven in Figuur 9. De bovenste plaat lezing komt overeen met seriële en lineaire verdunning experimenten uitgevoerd in stap 2 en 3. De onderste twee plaat lezingen zijn dubbele interactie platen uitgevoerd in stap 4.

De ruwe gegevens in Figuur 9 ziet u dat de hoogste groei ongeveer 0,55 is, maar er een 0,05 optische dichtheid van de media zelf is, zoals waargenomen in de OD600 van de drug van de hoge concentraties waar er geen groei is. Daarom, definiëren we als IC50 (0.55-0.05)/2 = 0,25. Voor elke dosis-respons, worden de putjes dichtst gelegen aan deze waarde weergegeven met oranje.

De bovenste helft van figuur 9A toont de resultaten van stap 2, seriële dosis / respons-experiment. De putten van de IC50 voor LEV is in kolom 10 in twee replicaten, die correspondeert met 4 ng/mL. De IC50 voor NAL en PNG zijn op 3 µg/mL en 25 µg/mL, respectievelijk. Deze concentraties komen overeen met de concentratie van de 1 x weergegeven in figuur 7B. De onderste helft van figuur 9B toont de resultaten van stap 3, lineaire dosis / respons-experimenten. LEV, NAL en PNG's IC50 zijn te vinden op 0,4 x, x 0.8 en 1.2 x, respectievelijk. Deze concentraties worden toegewezen als het 1 X IC50 voor stap 4.

Twee platen overeenkomt met twee repliceren experimenten worden weergegeven in figuur 9B, waar de IC50 wells worden weergegeven met oranje. In plaat 1 hebben alle interne drugs hun IC50 1 x concentratie. De verwachte IC50 voor de paarsgewijze of drieweg combinatie wordt berekend door het rekenkundig gemiddelde van de samenstellende drugs, waardoor verwachte IC50 voor alle combinaties ook 1 x concentratie. In plaat 2, LEV en PNG hebben hun IC50 bij de concentratie 1 x, maar NAL IC50 is 1,2 x. De verwachte IC50 voor elke combinatie wordt gedefinieerd met behulp van de rekenkunde middelen van deze waarden IC50. Bijvoorbeeld, de verwachte IC50 voor LEV + NAL en NAL + PNG is 1.1 x. De interactie van de drug score ("fic") voor elke combinatie wordt berekend door waargenomen IC50 met de verwachte IC50, zoals weergegeven op de rechterkant van de platen. Inspectie van de scores van de "fic" van de twee platen toont aan dat de LEV + NAL en LEV + NAL + PNG synergetische, terwijl LEV + PNG en NAL + PNG antagonistische zijn. "Fic" scores verkregen in de twee platen zijn het eens, de betrouwbaarheid van het protocol ondersteunen.

Figure 1
Figuur 1: model definitie voor Loewe additiviteit drug interactie model Null. Twee 5 x 5 matrices over een microplate, waar drugs A lineair wordt verhoogd in één as zoals links op elke pagina, en een hoogste concentratie van medicijn remt een kwantificeerbare fenotype (rechtsboven). De toevoeging van deze matrices wordt weergegeven in het midden, waar de lijnen die equipotent drug een concentraties in elk één medicijn dezelfde concentratie als drug A. hebben Wanneer cellen worden toegevoegd op deze "dambord" drug concentratie combinaties, verwacht wordt dat het opgenomen fenotype op deze regel zullen equivalent voor de putten die het verbindt. In dit zelf-zelf drug interactie experiment, de isobole beeltenis van een fenotype (weergegeven met een groene stippellijn) naar lineaire, definiëren de additiviteit null model verwachting. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2: de interactie van de paarsgewijze drug naar model van de interactie van de drug van Loewe additiviteit. Wanneer twee geneesmiddelen worden gecombineerd in een dambord assay zoals in Figuur 1, wellicht de contour van de waargenomen isophenotypic recht, bolle of holle. Aan de rechterkant zijn de contouren van de mogelijke isophenotypic (groene stippellijnen) dambord assays bovenop. Drug combinaties met rechte isophenotypic contouren zijn Loewe-additief, zoals de contouren zijn niet verschillend van een zelf-zelf drug-interacties, die Loewe-additief is per definitie. Wanneer de isophenotypic contour aanzienlijk concave of convexe is, is de combinatie synergistische of antagonistische, respectievelijk. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3: interactie van de drug van de drie-weg naar model van de interactie van de drug van Loewe additiviteit. Gelijkaardig aan het dambord assay voor paarsgewijze interacties, drie-drugs worden gecombineerd in een 3D-raster (een "checkercube"), waar elk medicijn lineair wordt verhoogd op één as. Als de drie drugs identiek zijn, wordt het isophenotypic oppervlak plat, definiëren de additiviteit voor drie drug combinaties verwacht. Als het oppervlak meer concave of convexe dan dit Loewe-additief null model is, zijn drug combinaties synergistische of antagonistische, respectievelijk. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4: diagonale methode voor het meten van de interactie van de drug van de paarsgewijze. Voor elke dambord assay, worden alleen de regio's getoond in magenta rechthoeken gemeten. i en ii zijn lineair oplopende enkele drug concentraties. III wordt beoordeeld door het maken van een 1:1-mengsel van twee geneesmiddelen en dit mengsel lineair titrating alsof het een enkele drug. Het "fic" is gelijk aan de waargenomen IC50 in de combinatie gedeeld door de verwachte IC50 voor twee enkele geneesmiddelen. Voor de Loewe additiviteit model, wordt de verwachte IC50 benaderd door de gemiddelde IC50 van de twee enkele geneesmiddelen. Een "fic" waarde is 1 voor Loewe-additief paren en lager of hoger is dan 1 voor synergistische of antagonistische paren, respectievelijk2,12. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 5
Figuur 5: Diagonal methode voor het meten van de interactie van de drug van drieweg. Voor elke checkercube assay, worden alleen de regio's getoond gemeten. i, ii en iii zijn lineair oplopende enkele drug concentraties. IV wordt gemeten door het maken van een 1:1:1 mengsel van de drie drugs en lineair titrating dit mengsel, alsof het een enkele drug. De fractionele remmende concentratie is gelijk aan de waargenomen IC50 in de combinatie gedeeld door de verwachte IC50 gegeven drie één drugs. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 6
Figuur 6: Workflow voor het protocol van de diagonale methode die hierin worden beschreven en de instellingsdetails voor elke microplate. De plaat weergegeven in dag 4 is uitgevoerd in tweevoud. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 7
Figuur 7: seriële en lineaire verdunning dosis / respons-experimenten. (A) voorbereiding van seriële verdunning dosis-respons voor een drug en de bijbehorende concentraties van de laatste drug. E. coli cellen worden toegevoegd aan de plaat; groei is opgenomen nadat 16 h. seriële IC50, weergegeven in oranje, voor elk medicijn is geselecteerd voor gebruik in de volgende dag lineaire verdunning dosis / respons-experimenten. (B) voorbereiding van lineaire verdunning dosis-respons voor een drug en de bijbehorende concentraties van de laatste drug. E. coli cellen worden toegevoegd aan de plaat; groei is afgelezen na 16 h. Voor elk medicijn, de geselecteerde IC50s die wordt gebruikt in de volgende dag drug interactie experimenten staan in oranje. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 8
Figuur 8: experimenten van de interactie van de Drug. Voorbereiding van interactie experimenten is vergelijkbaar met één drug lineaire dosis-respons, behalve dat een 1:1 of 1:1:1-mengsel van drugs wordt gebruikt voor twee of drie drugs dosis-respons, respectievelijk. IC50s voor elke dosis-respons, afgebeeld in oranje, waargenomen worden gebruikt om het "fic" scores te berekenen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 9
Figuur 9: vertegenwoordiger experiment resultaten. Representatieve resultaten verkregen met behulp van het protocol beschreven worden weergegeven, met details die in de hoofdtekst. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Discussion

Het gebruik van combinaties van de drug tegen ziekteverwekkers of tumoren is een aantrekkelijk vooruitzicht, met name onder de omstandigheden van de drogen antibiotica pijpleiding. Dit potentieel wordt echter belemmerd door ten minste twee problemen. De eerste moeilijkheid is het astronomisch aantal mogelijke combinaties. Er zijn bijvoorbeeld 4950 paarsgewijze combinatiemogelijkheden onder 100 antibiotica. Alle mogelijke combinaties onder 100 antibiotica (2100) is op de dezelfde orde van grootte met het aantal bacteriën op aarde (~ 10-30). Hoe te voorspellen sterk synergetische combinaties van deze mogelijkheden is het onderwerp van talrijke computationele geweest. Het tweede probleem is de meting van eersterangs drug-interacties. Overwegen die een computationele platform voorstellen kan dat een bepaalde combinatie van 10-drug sterk synergetische tegen een bepaalde ziekteverwekker is. Traditionele methoden voor het testen van de interactie van de drug is te duur om te verifiëren of deze hypothese te weerleggen, daarom is de studie van synergie tussen veel drugs buiten de begrenzing van wetenschappelijk onderzoek geweest. De diagonale methode, die bijna 30 jaar geleden voor het eerst werd voorgesteld en werd gebruikt in een paar recente synergie schermen zorgen voor een sterke basis voor het eerste probleem, doordat het testen van de interactie tussen vele paren. Het is het tweede probleem opgelost door een informatieve bemonstering van de traditionele tests en laat de studie van eersterangs drug-interacties.

Nog belangrijker is stellen wij vast dat onze protocol maakt gebruik van een lineaire doseren voor drug interactie metingen, om de gevoeligheid voor het opsporen van zelfs zwakke interacties. Tot vaststelling van de juiste concentratiebereik voor lineaire doseren is een uitdagende taak. Door het eerste uitvoeren een seriële verdunning, maken we een geïnformeerd besluit over de zoekruimte voor lineaire doseren. Echter, het protocol kan worden gewijzigd voor het gebruik van 2-fold of hogere seriële verdunningen voor drugs testen van interactie. Een dergelijke wijziging zou verkorten experiment en laat het testen van meer interacties; het zou echter gevoeligheid te detecteren alleen sterk synergistische of antagonistische interacties.

Het protocol we beschreven toont de meting van de paarsgewijze of drieweg interacties. Een kritisch aspect van het protocol is dat enkele agenten op de dezelfde plaat als de combinatie, tot een minimum beperken van vooringenomenheid als gevolg van de variaties van de plaat. Daarom kan het protocol voor het meten van interacties tot 7-weg combinaties door triviale wijzigingen worden aangepast. Combinaties van meer dan 7 drugs vergt meer dan een 96-Wells-microplate en aanvullende overwegingen moeten men zich ervan vergewissen van de juiste data integratie, zoals Inter plaat wordt gerepliceerd.

Een bekende beperking van de diagonale methode is de beperking dat elk medicijn in de bepaling het fenotype van belang remmen moet. De diagonale methode is dus niet nuttig voor het begrijpen van de interacties tussen actieve agenten en inerte hulpstoffen. Dergelijke 'versterkend' interacties kunnen worden bestudeerd onder alternatieve modellen zoals Bliss of hoogste één Agent modellen.

Een belangrijke overweging voor de analyse van de interactie van de drug van de eersterangs is de keuze van de null model voor de "verwacht IC50." Wanneer twee geneesmiddelen worden gecombineerd, de combinatie van effect kan alleen worden in vergelijking met de enkele drug effecten. Wanneer drie drugs worden gecombineerd, kan de combinatie van effect worden vergeleken met de afzonderlijke effecten of paarsgewijze effecten. Bijvoorbeeld, als alle paarsgewijze combinaties van drie drugs synergetische, kan dan het worden verwacht dat deze drugs een drieweg synergie zal tonen. Een drieweg interactie van afwijking van wat wordt verwacht van de paarsgewijze interacties heeft onlangs zijn bijnaam "opkomende interactie"16,17. Ons protocol beschrijft voor eenvoud, de meting van de three-way combinatie van "netto interactie," waarin de null model als één drug effecten. De gegevens die wordt opgehaald uit het protocol kan echter ook worden gebruikt voor het berekenen van de opkomende interactie van de combinatie van drie-weg. In onze analyse, hebben we de verwachte IC50 voor de combinatie van drie-weg gedefinieerd als het gemiddelde van de enkele drug IC50s. U kunt ook kan de verwachte IC50 worden gedefinieerd als het gemiddelde van de IC50s van de paarsgewijze combinaties (~1.1-1.2). Wanneer de waargenomen IC50 wordt gedeeld door deze alternatieve verwachte IC50, voorziet de verkregen "fic" in de opkomende "fic" de combinatie van drie-weg, zoals eerder beschreven12. Deze overweging blijkt dat LEV + NAL + PNG meer synergie dan zou worden verwacht van de paarsgewijze interacties tussen drie drugs is, aan te tonen dat LEV + NAL + PNG opkomende synergie heeft.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Dit werk werd gefinancierd door NIGMS Grant P50GM107618. De auteurs bedanken Zohar B. Weinstein voor de inzichtelijke opmerkingen en suggesties over het manuscript.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1.5 mL Semi Micro Cuvette  VWR 97000-586
1.5 mL  Eppendorf Microcentrifuge Tubes USA Scientific 4036-3204
1000 µL Tips Geneseesci 24830
14 mL Breathable Cell Culture Tube VWR 60819-761
20 µL Tips Geneseesci 24804
200 µL Tips Geneseesci 24815
37 °C Incubator Panasonic MIR-262-PA
37 °C Shaker Incubator Thermo Scientific SHKE8000
5 mL Cell Culture Serological Pipette VWR 53300-421
96-well Microplates VWR 15705-066
Breathable Sealing Film USA Scientific 2920-0010
DMSO Sigma 41647
Escherichia coli ATCC 700926
Glycerol Sigma G9012
LB Broth Powder RPI L24065
Levofloxacin Sigma 28266
Micropipette GILSON PIPETMAN Classic
Microplate reader BioTek Synergy H1
Multichannel micropipette VistaLab 1060
Nalidixic acid Sigma N8878
Penicillin G Sigma P3032
Pipette Pump Drummond  4-000-501
Reagent Reservoir VWR 89094-658
Spectrophotometer BIO-RAD 1702525
Vortex Mixer Fisher Scientific 10-320-807

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Zimmermann, G. R., Lehar, J., Keith, C. T. Multi-target therapeutics: when the whole is greater than the sum of the parts. Drug Discovery Today. 12, (1), 34-42 (2007).
  2. Berenbaum, M. C. What is synergy? Pharmacological Reviews. 41, (2), 93-141 (1989).
  3. Cokol, M. Drugs and their interactions. Current Drug Discovery Technologies. 10, (2), 106-113 (2013).
  4. Yeh, P. J., Hegreness, M. J., Aiden, A. P., Kishony, R. Drug interactions and the evolution of antibiotic resistance. Nature Reviews Microbiology. 7, (6), 460-466 (2009).
  5. Lehár, J., Krueger, A., Zimmermann, G., Borisy, A. High-order combination effects and biological robustness. Molecular Systems Biology. 4, (1), 215 (2008).
  6. Loewe, S. The problem of synergism and antagonism of combined drugs. Arzneimittelforschung. 3, (6), 285-290 (1953).
  7. Foucquier, J., Guedj, M. Analysis of drug combinations: current methodological landscape. Pharmacology Research & Perspectives. 3, (3), (2015).
  8. Wood, K. B. Pairwise interactions and the battle against combinatorics in multidrug therapies. Proceedings of the National Academy of Sciences. 113, (37), 10231-10233 (2016).
  9. Berenbaum, M. C. A method for testing for synergy with any number of agents. Journal of Infectious Diseases. 137, (2), 122-130 (1978).
  10. Weinstein, Z. B., Zaman, M. H. Quantitative bioassay to identify antimicrobial drugs through drug interaction fingerprint analysis. Scientific Reports. 7, 42644 (2017).
  11. Horn, T., et al. High-order drug combinations are required to effectively kill colorectal cancer cells. Cancer Research. 76, (23), 6950-6963 (2016).
  12. Cokol, M., Kuru, N., Bicak, E., Larkins-Ford, J., Aldridge, B. B. Efficient measurement and factorization of high-order drug interactions in Mycobacterium tuberculosis. Science Advances. 3, (10), e1701881 (2017).
  13. Chandrasekaran, S., Cokol-Cakmak, M., Sahin, N., Yilancioglu, K., Kazan, H., Collins, J. J., Cokol, M. Chemogenomics and orthology-based design of antibiotic combination therapies. Molecular Systems Biology. 12, (5), 872 (2016).
  14. Mason, D. J., et al. Prediction of antibiotic interactions using descriptors derived from molecular structure. Journal of Medicinal Chemistry. 60, (9), 3902-3912 (2017).
  15. Yilancioglu, K., et al. Target-independent prediction of drug synergies using only drug lipophilicity. Journal of Chemical Information and Modeling. 54, (8), 2286-2293 (2014).
  16. Beppler, C., et al. Uncovering emergent interactions in three-way combinations of stressors. Journal of the Royal Society Interface. 13, (125), 20160800 (2016).
  17. Tekin, E., Beppler, C., White, C., Mao, Z., Savage, V. M., Yeh, P. J. Enhanced identification of synergistic and antagonistic emergent interactions among three or more drugs. Journal of The Royal Society Interface. 13, (119), 20160332 (2016).
Diagonale methode maatregel synergie tussen een willekeurig aantal Drugs
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Cokol-Cakmak, M., Bakan, F., Cetiner, S., Cokol, M. Diagonal Method to Measure Synergy Among Any Number of Drugs. J. Vis. Exp. (136), e57713, doi:10.3791/57713 (2018).More

Cokol-Cakmak, M., Bakan, F., Cetiner, S., Cokol, M. Diagonal Method to Measure Synergy Among Any Number of Drugs. J. Vis. Exp. (136), e57713, doi:10.3791/57713 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter