Фенотипический скрининг

Фенотипический скрининг — это тип скрининга, используемый в биологических исследованиях и разработке лекарств таких веществ, как малые молекулы , пептиды или РНКи, которые изменяют фенотип клетки для идентификации или организма желаемым образом. ^[1] Фенотипический скрининг должен сопровождаться идентификацией (иногда называемой целевой деконволюцией) и проверкой. ^[2] часто с помощью хемопротеомики , чтобы определить механизмы, посредством которых действует фенотипический эффект. ^[3]

Исторический контекст

Фенотипический скрининг исторически был основой для открытия новых лекарств. ^[4] Соединения проверяют на моделях клеточных или животных болезней для выявления соединений, вызывающих желаемое изменение фенотипа. Только после того, как соединения были обнаружены, предпринимаются усилия по определению биологических целей соединений - процесс, известный как целевая деконволюция. Эта общая стратегия называется « классической фармакологией », «передовой фармакологией» или «открытием фенотипических лекарств» (PDD). ^[4]

Совсем недавно стало популярным разрабатывать гипотезу о том, что определенная биологическая мишень модифицирует заболевание, а затем проводить поиск соединений, которые модулируют активность этой очищенной мишени. После этого эти соединения тестируются на животных, чтобы увидеть, оказывают ли они желаемый эффект. Этот подход известен как « обратная фармакология » или «открытие лекарств на основе мишени» (TDD). ^[5] Однако недавний статистический анализ показывает, что непропорционально большое количество первоклассных лекарств с новыми механизмами действия получено в результате фенотипического скрининга. ^[6] что привело к возрождению интереса к этому методу. ^[1]^[7]^[8]

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 скрининг с высоким содержанием, при котором можно одновременно отслеживать изменения в экспрессии нескольких белков. ^[9]^[10] Визуализация большого количества меченых красителем клеточных компонентов также может выявить влияние соединений на клеточные культуры in vitro, различая фенотипические эффекты широкого спектра лекарств. ^[11]

В естественных условиях

В подходах, основанных на животных, фенотипический скрининг лучше всего иллюстрируется, когда вещество оценивается на предмет потенциальной терапевтической пользы на многих различных типах моделей животных, представляющих различные болезненные состояния. ^[12] Фенотипический скрининг в системах на животных использует модельные организмы для оценки эффектов тестируемого агента в полностью собранных биологических системах. Примеры организмов, используемых для скрининга высокого содержания, включают плодовую мушку ( Drosophila melanogaster ), рыбку данио ( Danio rerio ) и мышей ( Mus musculus ). ^[13] В некоторых случаях термин «фенотипический скрининг» используется для включения случайных результатов, которые происходят в условиях клинических испытаний, особенно когда обнаруживаются новые и непредвиденные терапевтические эффекты кандидата на терапию. ^[6]

Скрининг модельного организма дает преимущество исследования тестовых агентов или изменений в интересующих объектах в контексте полностью интегрированных, собранных биологических систем, обеспечивая понимание, которое иначе невозможно было бы получить в клеточных системах. Некоторые утверждают, что клеточные системы неспособны адекватно моделировать процессы заболеваний человека, в которых участвуют множество различных типов клеток во многих различных системах органов, и что этот тип сложности можно имитировать только на модельных организмах. ^[14]^[15] Результативность открытия лекарств с помощью фенотипического скрининга в организмах, включая случайные результаты в клинике, согласуется с этим представлением. ^[6]^[16]

Использование при репозиционировании наркотиков

Подходы к фенотипическому скринингу на животных не так поддаются скринингу библиотек, содержащих тысячи малых молекул. Таким образом, эти подходы нашли большую полезность при оценке уже одобренных лекарств или лекарств-кандидатов на поздних стадиях репозиционирования лекарств . ^[12]

Ряд компаний, в том числе Мелиор Дискавери , ^[17]^[18] Phylonix и Sosei специализируются на использовании фенотипического скрининга на моделях болезней животных для позиционирования лекарств. Многие другие компании участвуют в исследованиях фенотипического скрининга, в том числе Eurofins Discovery Phenotypic Services, Evotec , Dharmacon, Inc. , ThermoScientific , Cellecta и Persomics .

Совместные исследования

Фармацевтическая компания Eli Lilly официально оформила совместные усилия с различными сторонними организациями, направленные на проведение фенотипического скрининга избранных малых молекул. ^[19]

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Коц Дж. (апрель 2012 г.). «Фенотипический скрининг, дубль два» . Наука-Бизнес ОБМЕН . 5 (15): 380. doi : 10.1038/scibx.2012.380 .
^ Уилкинсон IV, Терстаппен Г.К., Рассел А.Дж. (сентябрь 2020 г.). «Объединение экспериментальных стратегий для успешной целевой деконволюции». Открытие наркотиков сегодня . 25 (11): 1998–2005. дои : 10.1016/j.drudis.2020.09.016 . ПМИД 32971235 . S2CID 221914342 .
^ Мёллеринг Р.Э., Краватт Б.Ф. (январь 2012 г.). «Как хемопротеомика может способствовать открытию и разработке лекарств» . Химия и биология . 19 (1): 11–22. doi : 10.1016/j.chembiol.2012.01.001 . ПМК 3312051 . ПМИД 22284350 .
^ Jump up to: ^а ^б Винсент Ф., Нуэда А., Ли Дж., Шеноне М., Прунотто М., Меркола М. (май 2022 г.). «Открытие фенотипических лекарств: недавние успехи, извлеченные уроки и новые направления» . Обзоры природы. Открытие наркотиков . дои : 10.1038/s41573-022-00472-w . ПМЦ 9708951 . ПМИД 35637317 . S2CID 249201045 .
^ Ли Дж.А., Улик М.Т., Моксхэм СМ, Томандл Д., Салл DJ (май 2012 г.). «Открытие современных фенотипических лекарств — это жизнеспособная неоклассическая фармацевтическая стратегия». Журнал медицинской химии . 55 (10): 4527–4538. дои : 10.1021/jm201649s . ПМИД 22409666 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Суинни, округ Колумбия, Энтони Дж (июнь 2011 г.). «Как были открыты новые лекарства?». Обзоры природы. Открытие наркотиков . 10 (7): 507–519. дои : 10.1038/nrd3480 . ПМИД 21701501 . S2CID 19171881 .
^ Чжэн В., Торн Н., МакКью Дж. К. (ноябрь 2013 г.). «Фенотипический скрининг как новый подход к открытию лекарств» . Открытие наркотиков сегодня . 18 (21–22): 1067–1073. дои : 10.1016/j.drudis.2013.07.001 . ПМЦ 4531371 . ПМИД 23850704 .
^ Браун Д.Г., Вобст Х.Дж. (март 2020 г.). «Возможности и проблемы фенотипического скрининга исследований нейродегенеративных заболеваний». Журнал медицинской химии . 63 (5): 1823–1840. doi : 10.1021/acs.jmedchem.9b00797 . ПМИД 31268707 . S2CID 195798523 .
^ 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 с высоким содержанием: мощный подход к системной клеточной биологии и открытию лекарств . Тотова, Нью-Джерси: Humana Press. ISBN 978-1-61737-746-4 .
^ Уиллис С., Найффелер Дж., Харрилл Дж. (август 2020 г.). «Фенотипическое профилирование эталонных химических веществ в биологически разнообразных типах клеток с использованием анализа окраски клеток» . СЛАС Дискавери . 25 (7): 755–769. дои : 10.1177/2472555220928004 . ПМЦ 9710725 . ПМИД 32546035 . S2CID 219726081 .
^ Jump up to: ^а ^б Барретт М.Дж., Frail DE, изд. (2012). «Фенотипический скрининг In Vivo для выявления новых, непредсказуемых показаний к существующим лекарствам и кандидатам на лекарства». Репозиционирование лекарств: вдохнуть новую жизнь в спрятанные на полках активы и существующие лекарства . Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. стр. 253–290. дои : 10.1002/9781118274408.ch9 . ISBN 978-0-470-87827-9 .
^ Уиллер Г.Н., Томлинсон Р.А. (2012). Фенотипический скрининг с модельными организмами . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0521889483 .
^ Хеллерштейн МК (апрель 2008 г.). «Использование сложности и надежности сетевой архитектуры для открытия лекарств». Журнал фармакологии и экспериментальной терапии . 325 (1): 1–9. дои : 10.1124/jpet.107.131276 . ПМИД 18202293 . S2CID 36819512 .
^ Хеллерштейн МК (январь 2008 г.). «Критика парадигмы открытия лекарств, основанной на молекулярной мишени, основанной на принципах метаболического контроля: преимущества открытия, основанного на путях». Метаболическая инженерия . 10 (1): 1–9. дои : 10.1016/j.ymben.2007.09.003 . ПМИД 17962055 .
^ Сапорито М.С., Reaume AG (2011). «theraTRACE®: механизм объективной платформы in vivo для фенотипического скрининга и изменения позиционирования лекарств». Открытие лекарств сегодня: терапевтические стратегии . 8 (2): 89–95. дои : 10.1016/j.ddstr.2011.06.002 .
^ «Сайт Мелиор Дискавери» .
^ «Перепрофилирование, репозиционирование и спасение терапевтических препаратов, часть II: Обзор бизнеса» . Мир открытия наркотиков. 6 апреля 2015 года . Проверено 1 мая 2015 г.
^ «Открытие инновационных лекарств: что такое PD2 и TargetD2?» . Эли Лилли и компания. Архивировано из оригинала 30 января 2012 г. Проверено 4 июня 2012 г.

Дальнейшее чтение

Моффат Дж.Г., Рудольф Дж., Бэйли Д. (август 2014 г.). «Фенотипический скрининг при открытии лекарств от рака - прошлое, настоящее и будущее». Обзоры природы. Открытие наркотиков . 13 (8): 588–602. дои : 10.1038/nrd4366 . ПМИД 25033736 . S2CID 5964541 .
Маллард А. (декабрь 2015 г.). «Качели маятника фенотипического скрининга». Обзоры природы. Открытие наркотиков . 14 (12): 807–809. дои : 10.1038/nrd4783 . ПМИД 26620403 . S2CID 19367768 .

[Kotz_2012-1] Jump up to: ^а ^б Коц Дж. (апрель 2012 г.). «Фенотипический скрининг, дубль два» . Наука-Бизнес ОБМЕН . 5 (15): 380. doi : 10.1038/scibx.2012.380 .

[Wilkinson_2020-2] Уилкинсон IV, Терстаппен Г.К., Рассел А.Дж. (сентябрь 2020 г.). «Объединение экспериментальных стратегий для успешной целевой деконволюции». Открытие наркотиков сегодня . 25 (11): 1998–2005. дои : 10.1016/j.drudis.2020.09.016 . ПМИД 32971235 . S2CID 221914342 .

[3] Мёллеринг Р.Э., Краватт Б.Ф. (январь 2012 г.). «Как хемопротеомика может способствовать открытию и разработке лекарств» . Химия и биология . 19 (1): 11–22. doi : 10.1016/j.chembiol.2012.01.001 . ПМК 3312051 . ПМИД 22284350 .

[Vincent_2022-4] Jump up to: ^а ^б Винсент Ф., Нуэда А., Ли Дж., Шеноне М., Прунотто М., Меркола М. (май 2022 г.). «Открытие фенотипических лекарств: недавние успехи, извлеченные уроки и новые направления» . Обзоры природы. Открытие наркотиков . дои : 10.1038/s41573-022-00472-w . ПМЦ 9708951 . ПМИД 35637317 . S2CID 249201045 .

[pmid22409666-5] Ли Дж.А., Улик М.Т., Моксхэм СМ, Томандл Д., Салл DJ (май 2012 г.). «Открытие современных фенотипических лекарств — это жизнеспособная неоклассическая фармацевтическая стратегия». Журнал медицинской химии . 55 (10): 4527–4538. дои : 10.1021/jm201649s . ПМИД 22409666 .

[Swinney_2011-6] Jump up to: ^а ^б ^с Суинни, округ Колумбия, Энтони Дж (июнь 2011 г.). «Как были открыты новые лекарства?». Обзоры природы. Открытие наркотиков . 10 (7): 507–519. дои : 10.1038/nrd3480 . ПМИД 21701501 . S2CID 19171881 .

[7] Чжэн В., Торн Н., МакКью Дж. К. (ноябрь 2013 г.). «Фенотипический скрининг как новый подход к открытию лекарств» . Открытие наркотиков сегодня . 18 (21–22): 1067–1073. дои : 10.1016/j.drudis.2013.07.001 . ПМЦ 4531371 . ПМИД 23850704 .

[8] Браун Д.Г., Вобст Х.Дж. (март 2020 г.). «Возможности и проблемы фенотипического скрининга исследований нейродегенеративных заболеваний». Журнал медицинской химии . 63 (5): 1823–1840. doi : 10.1021/acs.jmedchem.9b00797 . ПМИД 31268707 . S2CID 195798523 .

[Haney_2008-9] Хейни С.А., изд. (2008). Скрининг высокого содержания: наука, методы и приложения . Нью-Йорк: Wiley-Interscience. ISBN 978-0-470-03999-1 .

[Giuliano_Haskins_2010-10] Джулиано К.А., Хаскинс-младший, изд. (2010). Скрининг с высоким содержанием: мощный подход к системной клеточной биологии и открытию лекарств . Тотова, Нью-Джерси: Humana Press. ISBN 978-1-61737-746-4 .

[11] Уиллис С., Найффелер Дж., Харрилл Дж. (август 2020 г.). «Фенотипическое профилирование эталонных химических веществ в биологически разнообразных типах клеток с использованием анализа окраски клеток» . СЛАС Дискавери . 25 (7): 755–769. дои : 10.1177/2472555220928004 . ПМЦ 9710725 . ПМИД 32546035 . S2CID 219726081 .

[Barratt_&_Frail,_2012-12] Jump up to: ^а ^б Барретт М.Дж., Frail DE, изд. (2012). «Фенотипический скрининг In Vivo для выявления новых, непредсказуемых показаний к существующим лекарствам и кандидатам на лекарства». Репозиционирование лекарств: вдохнуть новую жизнь в спрятанные на полках активы и существующие лекарства . Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. стр. 253–290. дои : 10.1002/9781118274408.ch9 . ISBN 978-0-470-87827-9 .

[13] Уиллер Г.Н., Томлинсон Р.А. (2012). Фенотипический скрининг с модельными организмами . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0521889483 .

[pmid18202293-14] Хеллерштейн МК (апрель 2008 г.). «Использование сложности и надежности сетевой архитектуры для открытия лекарств». Журнал фармакологии и экспериментальной терапии . 325 (1): 1–9. дои : 10.1124/jpet.107.131276 . ПМИД 18202293 . S2CID 36819512 .

[pmid17962055-15] Хеллерштейн МК (январь 2008 г.). «Критика парадигмы открытия лекарств, основанной на молекулярной мишени, основанной на принципах метаболического контроля: преимущества открытия, основанного на путях». Метаболическая инженерия . 10 (1): 1–9. дои : 10.1016/j.ymben.2007.09.003 . ПМИД 17962055 .

[Saporito_2011-16] Сапорито М.С., Reaume AG (2011). «theraTRACE®: механизм объективной платформы in vivo для фенотипического скрининга и изменения позиционирования лекарств». Открытие лекарств сегодня: терапевтические стратегии . 8 (2): 89–95. дои : 10.1016/j.ddstr.2011.06.002 .

[17] «Сайт Мелиор Дискавери» .

[18] «Перепрофилирование, репозиционирование и спасение терапевтических препаратов, часть II: Обзор бизнеса» . Мир открытия наркотиков. 6 апреля 2015 года . Проверено 1 мая 2015 г.

[urlOpen_Innovation_Drug_Discovery_-_What_are_PD2_and_TargetD2?-19] «Открытие инновационных лекарств: что такое PD2 и TargetD2?» . Эли Лилли и компания. Архивировано из оригинала 30 января 2012 г. Проверено 4 июня 2012 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]