A tudósok apró biomágneseket vesznek igénybe a gyógyszer gyorsabb felfedezése érdekében

Ami a kollégák közötti folyosói beszélgetésnek indult, az a "Design by Medicine" révén ma "az új terápiás célpontok felfedezésének motorja a sejtekben" - mondja Shana Kelley, a Toronto Egyetem Leslie Dan Gyógyszerésztudományi Karának egyetemi tanára.

biomágneseket

Kelley laboratóriuma egy hordozható, chipszerű eszközt fejlesztett ki, amely apró mágneseket használ a vegyes sejttípusok nagy populációinak szétválogatására a Medicine by Design csapat projektje részeként. Kíváncsi volt, hogy az eszköz összekapcsolható-e egy CRISPR alapú génszerkesztő technológiával, amelyet egy másik Medicine fejlesztett ki a Design csoport vezetője, Jason Moffat, a Donnelly Cellular and Biomolecular Research professzora. Úgy vélték, hogy a két módszer együttesen felgyorsíthatja az emberi genom átfésülését a lehetséges kábítószer-célpontok után. "Véletlenül megállapodtunk abban, hogy összekapcsoljuk technológiáinkat - és ez hihetetlenül jól működött" - mondja Kelley.

"Ez az az előny, hogy részese lehetünk a Toronto és a Design by Design dinamikus kutatási ökoszisztémájának" - mondja Kelley. "Soha nem tudtam volna, hogyan lehet ezt a technológiát elhelyezni és összekapcsolni a CRISPR-szel, ha nincsenek körülöttem ezek a nagyszerű emberek, akikkel beszélgetni tudnék."

Közös erőfeszítésük eredményét, szintén Stephane Angers gyógyszerészprofesszorral és Edward Sargent, az Elektrotechnikai és Számítástechnikai Tanszék egyetemi tanárával együtt, MICS-nek hívják mikrofluid sejtek rendezésére, amelyet egy ma publikált tanulmány ismertet. a Nature Biomedical Engineering folyóirat.

A MICS lehetővé teszi a kutatók számára, hogy gyorsabban felkutassák az emberi genomot, amikor olyan gyógyszereket célzó géneket és fehérjetermékeiket keresik.

Egy óra alatt a MICS értékes ritka sejteket gyűjthet, amelyekben a CRISPR ígéretes gyógyszercélokat tárt fel, nagy és vegyes sejtpopulációból. Ugyanez a kísérlet 20-30 órát vesz igénybe a fluoreszcencia alapú válogatás arany standard módszerével.

A kutatók a CRISPR segítségével kikapcsolják a körülbelül 20 000 emberi gén sejtjeit, és megnézik, hogy ez hogyan befolyásolja a betegséggel összefüggő fehérje szintjét, amely mondjuk elősegíti a rák terjedését. Ez felfedhet más génjelölteket és az általuk kódolt fehérjéket, amelyek ugyanazon az úton működnek, és amelyeket gyógyszerekkel lehet megcélozni a célfehérje eltávolítására és a rák megállítására. A figyelmeztetés az, hogy a genetikai szűrők vegyes sejtpopulációkat eredményeznek, és a kívánt hatás a sejtek eltűnően kis hányadában van, amelyeket további vizsgálatokhoz el kell távolítani. A legtöbb sejtrendező műszer lézersugarat használ a fluoreszcensen jelölt sejtek elválasztására, de ez időbe telik.

A MICS gyorsabban működik az apró mágneseknek köszönhetően, amelyeket úgy terveztek meg, hogy megkötődjenek a célfehérjéhez, ami a sejteket mágneses részecskékkel megszórva hagyja. Körülbelül fele akkora, mint egy hitelkártya, felületét mágneses anyagcsíkok csíkozják, amelyek a cellákat a készülék egyik végéből a másikba viszik. A túlsó végén a sejtek különálló gyűjtőcsatornákba esnek annak alapján, hogy hány részecskét hordoznak a célfehérje mennyiségének proxyként.

"Összesen egymilliárd sejt utazhat egyszerre ezen a mágneses vezetők országúton, és ezt egy óra alatt feldolgozhatjuk" - mondja Kelley. "Ez egy hatalmas játékváltó a CRISPR képernyők számára."

Annak tesztelésére, hogy a MICS képes-e új gyógyszercélokat felfedni, a kutatók a rák immunterápiájára összpontosítottak, amelyben az immunrendszert úgy fejlesztették ki, hogy elpusztítsa a tumorsejteket. Keresték a módját a CD47 fehérje szintjének csökkentésére, amely "ne egyél engem" jelet küld az immunrendszernek, és amelyet a rákos sejtek gyakran eltérítenek, hogy elkerüljék az immunfelismerést. Mások azt találták, hogy a CD47 blokkolásának közvetlenül káros mellékhatásai vannak, ami a Medicine by Design csapatot arra készteti, hogy keresse meg a CD47 fehérje szintjét szabályozó géneket.

A genom egészére kiterjedő CRISPR-szűrés feltárta a QPCTL nevű gént, amely egy olyan enzimet kódol, amely elősegíti a CD47-nek az immunrendszerből való álcázását, és amelyet egy szabadon kapható gyógyszerrel blokkolni lehet.

"Ha módosítani tudja a CD47 szintjét a QPCTL hatására, az érdekes módszer lehet az immunrendszer becsapására a rák eltávolítására" - mondja Moffat.

Még korai napok vannak, de Kelley és Moffat reménykednek a QPCTL rákos terápiás potenciáljában, talán annak érdekében, hogy a makrofágok a tumorsejteket megcélozzák. Emellett egy több laboratóriumi együttműködésben induló PEGASUS projektet is indítanak a fenotípusos genomikus szűréshez a skálán, amely kiterjeszti a technológiát a terápiás célok széles skálájának kikérdezéséhez.

A regeneratív gyógyászat területén a MICS segít feltárni azokat a géneket, amelyek aktiválják az őssejteket speciális sejttípusokká történő átalakításra, ami megkönnyíti a kívánt sejttípusok betakarítását a terápiában.

Bár Kelley csapata eredetileg mágneses sejtek szortírozását fejlesztette ki a daganatos sejtek vérből történő izolálására, a gyógyszercél felfedezésének újbóli felhasználása szélesebb körű hatást gyakorolhat, és a MICS már most is jelentős érdeklődést váltott ki a kutatói közösség és az ipar részéről.