Фенотипическая скрининг является одним из видов скрининга используется в биологических исследованиях и разработке лекарств для идентификации веществ , таких как малые молекулы , пептиды , или RNAi , которые изменяют фенотип в виде клетки или организма в 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 того, как соединения были обнаружены, предпринимаются попытки определить биологические мишени соединений - процесс, известный как целенаправленная деконволюция. Эта общая стратегия называется « классической фармакологией », «перспективной фармакологией» или «фенотипическим открытием лекарств» (PDD).
В последнее время стало популярным разработать гипотезу о том, что определенная биологическая мишень модифицирует болезнь, а затем провести скрининг на соединения, 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 «открытие лекарств на основе мишеней» (TDD). [2] Однако недавний статистический анализ показывает, что непропорционально большое количество первоклассных препаратов с новыми механизмами действия является результатом фенотипического скрининга [3], который привел к возрождению интереса к этому методу. [1] [4] [5]
Типы
В пробирке
В простейших фенотипических скринингах используются клеточные линии и отслеживается один параметр, такой как гибель клеток или выработка определенного белка. Также часто используется высококонтрастный скрининг, при котором можно одновременно отслеживать изменения экспрессии нескольких белков. [6] [7]
В естественных условиях
В подходах, основанных на целых животных, наилучшим примером является фенотипический скрининг, когда вещество оценивается на предмет потенциальной терапевтической пользы на многих различных типах животных моделей, представляющих различные болезненные состояния. [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 ), рыбок данио ( Danio rerio ) и мышей ( Mus musculus ). [9] В некоторых случаях термин фенотипический скрининг используется для включения случайных открытий, 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 может быть воспроизведен только в модельных организмах. [10] [11] Продуктивность открытия лекарств с помощью фенотипического скрининга организмов, включая случайные результаты в клинике, согласуются с этим представлением. [3] [12]
Фенотипический скрининг in vivo также можно легко провести с использованием анализа окраски клеток, разработанного Энн Э. Карпентер . Множество дифференциально настроенных флуорофоров маркируют основные компоненты клеточных культур и обладают большой эффективностью при применении для высокодоступного скрининга воздействия эталонных химических веществ на различные линии эукариотических клеток. [13]
Использование в репозиционировании лекарств
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 лекарств или лекарств-кандидатов на поздних стадиях для репозиции лекарств . [8]
Ряд компаний , включая Melior Discovery , [14] [15] Phylonix и Sosei специализируется на использовании фенотипического скрининга в моделях заболеваний животных для позиционирования препарата. Многие другие компании участвуют в исследованиях фенотипического скрининга, включая Eurofins Discovery Phenotypic Services , Evotec , Dharmacon , ThermoScientific , Cellecta и Persomics .
Совместное исследование
Фармацевтическая компания Eli Lilly формализовала совместные усилия с различными третьими сторонами, направленные на проведение фенотипического скрининга выбранных малых молекул. [16]
Рекомендации
- ^ a b Kotz J (апрель 2012 г.). «Фенотипический скрининг, дубль два» . Наука-Деловая биржа . 5 (15): 380. DOI : 10.1038 / scibx.2012.380 .
- ^ 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. DOI : 10.1021 / jm201649s . PMID 22409666 .
- ^ а б в Суинни, округ Колумбия, Энтони Дж. (Июль 2011 г.). «Как были открыты новые лекарства?». Nat Rev Drug Discov . 10 (7): 507–19. DOI : 10.1038 / nrd3480 . PMID 21701501 . S2CID 19171881 .
- ^ Чжэн, Вэй; Торн, Наташа; МакКью, Джон С. (2013). «Фенотипические экраны как обновленный подход к открытию лекарств» . Открытие наркотиков сегодня . 18 (21–22): 1067–1073. DOI : 10.1016 / j.drudis.2013.07.001 . PMC 4531371 . PMID 23850704 .
- ^ 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. DOI : 10.1021 / acs.jmedchem.9b00797 . ISSN 0022-2623 . PMID 31268707 .
- ^ Хейни С.А., изд. (2008). Скрининг высокого содержания: наука, методы и приложения . Нью-Йорк: Wiley-Interscience. ISBN 978-0-470-03999-1.
- ^ Джулиано К.А., Хаскинс-младший, изд. (2010). Скрининг высокого содержания: мощный подход к системной клеточной биологии и открытию лекарств . Тотова, Нью-Джерси: Humana Press. ISBN 978-1-61737-746-4.
- ^ 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. DOI : 10.1002 / 9781118274408.ch9 . ISBN 978-0-470-87827-9.
- ^ Уиллер Г. Н., Томлинсон Р. А. (2012). Фенотипические скрины с модельными организмами . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0521889483.
- ^ Hellerstein MK (апрель 2008 г.). «Использование сложности и надежности сетевой архитектуры для открытия лекарств». J. Pharmacol. Exp. Ther . 325 (1): 1–9. DOI : 10,1124 / jpet.107.131276 . PMID 18202293 . S2CID 36819512 .
- ^ 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. DOI : 10.1016 / j.ymben.2007.09.003 . PMID 17962055 .
- ^ Saporito 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. DOI : 10.1016 / j.ddstr.2011.06.002 .
- ^ Уиллис, Клинтон; Найфелер, Джоанна; 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. DOI : 10.1177 / 2472555220928004 . ISSN 2472-5552 . PMID 32546035 . S2CID 219726081 .
- ^ «Сайт Melior Discovery» .
- ^ «Перепрофилирование терапевтических лекарств, перемещение и спасение, часть II: обзор бизнеса» . Мир открытия наркотиков . Дата обращения 1 мая 2015 .
- ^ «Открытие инновационных лекарств - что такое PD2 и TargetD2?» . Эли Лилли и компания. Архивировано из оригинала на 2012-01-30 . Проверено 4 июня 2012 .
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. DOI : 10.1038 / nrd4366 . PMID 25033736 . S2CID 5964541 .
- Маллард А. (декабрь 2015 г.). «Качается маятник фенотипического скрининга». Обзоры природы. Открытие наркотиков . 14 (12): 807–9. DOI : 10.1038 / nrd4783 . PMID 26620403 . S2CID 19367768 .