Фенотипический скрининг - Phenotypic screening

Фенотипический скрининг это тип скрининг используется в биологических исследованиях и открытие лекарств для идентификации таких веществ, как маленькие молекулы, пептиды, или же РНКи которые меняют фенотип из клетка или организм желаемым образом.[1]

Исторический контекст

Исторически сложилось так, что фенотипический скрининг был основой для открытия новых лекарств. Соединения подвергаются скринингу на клеточных моделях или моделях болезней животных для выявления соединений, вызывающих желаемое изменение фенотипа. Только после обнаружения соединений предпринимаются попытки определить биологические мишени соединений - процесс, известный как целевая деконволюция. Эта общая стратегия называется "классическая фармакология "," вперед фармакология "или" фенотипическое открытие лекарств "(PDD).

В последнее время стало популярным выдвигать гипотезу о том, что определенная биологическая мишень модифицирует болезнь, а затем экран для соединений, которые модулируют активность этой очищенной мишени. После этого эти соединения испытывают на животных, чтобы увидеть, оказывают ли они желаемый эффект. Этот подход известен как "обратная фармакология "или" целевое открытие лекарств "(TDD).[2] Однако недавний статистический анализ показывает, что непропорционально большое количество первоклассных препаратов с новыми механизмами действия происходит в результате фенотипического скрининга.[3] что привело к возрождению интереса к этому методу.[1][4][5]

Типы

В пробирке

Самые простые фенотипические скрины используют Сотовые линии и контролировать один параметр, такой как гибель клеток или производство определенного белка. Скрининг с высоким содержанием также часто используется, где можно одновременно отслеживать изменения экспрессии нескольких белков.[6][7]

В естественных условиях

В подходах, основанных на целых животных, лучше всего проиллюстрирован фенотипический скрининг, когда вещество оценивается на предмет потенциальной терапевтической пользы на многих различных типах животных моделей, представляющих различные состояния болезни.[8] Фенотипический скрининг в системах на животных использует модельные организмы для оценки эффектов тестируемого агента в полностью собранных биологических системах. Примеры организмов, используемых для скрининга с высоким содержанием, включают плодовую муху (Drosophila melanogaster ), данио (Данио Рерио ) и мыши (Mus musculus ).[9] В некоторых случаях термин фенотипический скрининг используется для включения случайных находок, которые происходят в условиях клинических испытаний, особенно когда обнаруживаются новые и неожиданные терапевтические эффекты терапевтического кандидата.[3]

Скрининг на модельном организме предлагает преимущество опроса тестируемых агентов или изменений в интересующих мишенях в контексте полностью интегрированных, собранных биологических систем, обеспечивая понимание, которое иначе не могло бы быть получено в клеточных системах. Некоторые утверждали, что клеточные системы неспособны адекватно моделировать процессы заболевания человека, которые включают множество различных типов клеток во многих различных системах органов, и что этот тип сложности можно смоделировать только в модельных организмах.[10][11] Продуктивность открытия лекарств с помощью фенотипического скрининга организмов, в том числе случайные находки в клинике, согласуются с этим представлением.[3][12]

Фенотипический скрининг in vivo также может быть легко выполнено с использованием анализа окраски клеток, разработанного Энн Э. Карпентер. Множество дифференциально настроенных флуорофоров маркируют основные компоненты клеточных культур и обладают большой эффективностью при применении Скрининг с высоким содержанием воздействия эталонных химических веществ на различные линии эукариотических клеток.[13]

Использование в репозиционировании наркотиков

Подходы к фенотипическому скринингу на животных не так подходят для скрининга библиотек, содержащих тысячи малых молекул. Таким образом, эти подходы нашли большее применение при оценке уже одобренных препаратов или кандидатов на поздние стадии репозиционирование препарата.[8]

Ряд компаний, в том числе Мелиор Дискавери,[14][15] Филоникс, и Сосей специализируются на использовании фенотипического скрининга на моделях болезней животных для позиционирования лекарств. Многие другие компании участвуют в исследованиях фенотипического скрининга, в том числе Evotec, Дхармакон, Термонаучный, Cellecta, и Persomics.

Совместное исследование

Фармацевтическая компания Эли Лилли формализовала совместные усилия с различными третьими сторонами, направленные на проведение фенотипического скрининга выбранных малых молекул.[16]

Рекомендации

  1. ^ а б Коц Дж (апрель 2012 г.). «Фенотипический скрининг, дубль два». Биржа науки и бизнеса. 5 (15): 380. Дои:10.1038 / scibx.2012.380.
  2. ^ Ли Дж.А., Улик М.Т., Моксхэм К.М., Томандл Д., Салл Д.Д. (май 2012 г.). «Открытие современных фенотипических лекарств - это жизнеспособная неоклассическая фармацевтическая стратегия». J. Med. Chem. 55 (10): 4527–38. Дои:10.1021 / jm201649s. PMID  22409666.
  3. ^ а б c Суинни, округ Колумбия, Энтони Дж. (Июль 2011 г.). «Как были открыты новые лекарства?». Nat Rev Drug Discov. 10 (7): 507–19. Дои:10.1038 / nrd3480. PMID  21701501. S2CID  19171881.
  4. ^ Чжэн, Вэй; Торн, Наташа; МакКью, Джон С. (2013). «Фенотипические экраны как новый подход к открытию лекарств». Открытие наркотиков сегодня. 18 (21–22): 1067–1073. Дои:10.1016 / j.drudis.2013.07.001. ЧВК  4531371. PMID  23850704.
  5. ^ Браун, Дин Дж .; Вобст, Хайке Дж. (18.07.2019). «Возможности и проблемы фенотипического скрининга для исследования нейродегенеративных заболеваний». Журнал медицинской химии. 63 (5): 1823–1840. Дои:10.1021 / acs.jmedchem.9b00797. ISSN  0022-2623. PMID  31268707.
  6. ^ Хейни С.А., изд. (2008). Скрининг высокого содержания: наука, методы и приложения. Нью-Йорк: Wiley-Interscience. ISBN  978-0-470-03999-1.
  7. ^ Джулиано К.А., Хаскинс-младший, изд. (2010). Скрининг с высоким содержанием: мощный подход к системной биологии клетки и открытию лекарств. Тотова, Нью-Джерси: Humana Press. ISBN  978-1-61737-746-4.
  8. ^ а б Барретт MJ, Frail DE, изд. (2012). «PhenotypicIn VivoScreening для выявления новых, непредсказуемых показаний для существующих лекарств и кандидатов на лекарства». Репозиционирование лекарств: оживление давно отложенных активов и существующих лекарств. Хобокен, Нью-Джерси: Джон Уайли и сыновья. С. 253–290. Дои:10.1002 / 9781118274408.ch9. ISBN  978-0-470-87827-9.
  9. ^ Уилер Г. Н., Томлинсон Р. А. (2012). Фенотипические экраны с модельными организмами. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0521889483.
  10. ^ Hellerstein MK (апрель 2008 г.). «Использование сложности и надежности сетевой архитектуры для открытия лекарств». J. Pharmacol. Exp. Ther. 325 (1): 1–9. Дои:10.1124 / jpet.107.131276. PMID  18202293. S2CID  36819512.
  11. ^ Hellerstein MK (январь 2008 г.). «Критика парадигмы открытия лекарств на основе молекулярных мишеней, основанная на принципах метаболического контроля: преимущества открытия на основе путей». Метаб. Англ.. 10 (1): 1–9. Дои:10.1016 / j.ymben.2007.09.003. PMID  17962055.
  12. ^ Сапорито MS, Reaume AG (2011). «theraTRACE®: механизм беспристрастной платформы in vivo для фенотипического скрининга и изменения положения лекарств». Открытие лекарств сегодня: терапевтические стратегии. 8 (2): 89–95. Дои:10.1016 / j.ddstr.2011.06.002.
  13. ^ Уиллис, Клинтон; Найфелер, Йоханна; Харрилл, Джошуа (01.08.2020). «Фенотипическое профилирование эталонных химических веществ по биологически разнообразным типам клеток с использованием анализа окраски клеток». SLAS DISCOVERY: продвижение науки открытия лекарств. 25 (7): 755–769. Дои:10.1177/2472555220928004. ISSN  2472-5552. PMID  32546035. S2CID  219726081.
  14. ^ «Сайт Melior Discovery».
  15. ^ «Перепрофилирование, репозиционирование и спасение терапевтических препаратов, часть II: обзор бизнеса». Мир открытия наркотиков. Получено 1 мая 2015.
  16. ^ «Открытые инновации в открытии лекарств - что такое PD2 и TargetD2?». Эли Лилли и компания. Архивировано из оригинал на 2012-01-30. Получено 2012-06-04.

дальнейшее чтение

  • Моффат Дж. Г., Рудольф Дж., Бейли Д. (август 2014 г.). «Фенотипический скрининг в открытии лекарств от рака - прошлое, настоящее и будущее». Обзоры природы. Открытие наркотиков. 13 (8): 588–602. Дои:10.1038 / nrd4366. PMID  25033736. S2CID  5964541.
  • Маллард А. (декабрь 2015 г.). «Качается маятник фенотипического скрининга». Обзоры природы. Открытие наркотиков. 14 (12): 807–9. Дои:10.1038 / nrd4783. PMID  26620403. S2CID  19367768.