ARQiv-HTS, многофункциональная платформа скрининга на основе целого организма, позволяющая проводить поиск новых лекарств in vivo с высокой пропускной способностью

Разработчик

Дэвид Т. Уайт, Ариф Унал Эроглу, Стивен Л. Уокер, Чжанг Кван, Джефф С. Мумм и др.

Описание технологии

Данио рерио стала важной моделью для скрининга малых молекул на основе целого организма. Тем не менее, большинство химических скринингов на основе данио рерио достигли лишь средней пропускной способности.

Рассматриваемая технология включает многофункциональную платформу поиска новых лекарств на целом организме, которая действительно может достичь мощности высокопроизводительного скрининга (HTS). Эта система сочетает в себе автоматизированную систему репортерной количественной оценки in vivo (ARQiv) с настраиваемой роботизацией, за что получила название «ARQiv-HTS». Процесс создания и внедрения ARQiv-HTS был детализирован и разделен на следующие этапы: (i) проектирование и оптимизация анализа, (ii) расчет размера выборки и хит-критерии, (iii) крупномасштабное производство яйцеклеток (икры), (iv) автоматизированное титрование соединений, (v) распределение эмбрионов в микротитровальные планшеты, и (VI) репортерная квантификация (количественная оценка). В рамках технологии была применена стратегии передового опыта с использованием возможностей ARQiv-HTS для поиска лекарств на основе данио рерио и решения технических проблем, связанных с применением данио рерио для крупномасштабных химических скринингов. И, наконец, подробный протокол был представлен для недавно завершенного стартового применения ARQiv-HTS, которое включало идентификацию соединений, увеличивающих репортерную активность инсулина. Соединения, которые увеличивали количество инсулин-продуцирующих бета-клеток поджелудочной железы, представляют собой потенциальные новые терапевтические средства для лечения больных сахарным диабетом. Во время этой работы, сеансы индивидуального скрининга заняли 1 неделю, при этом сеансы были выполнены итеративно примерно по одному через день для того, чтобы увеличить пропускную способность. По завершении скрининга, было проанализировано более половины миллиона личинок, получающих препарат. Однако, помимо этого первоначального примера, платформа ARQiv-HTS адаптируется почти к любому репортерному анализу, разработанному для оценки воздействия химических соединений с использованием живых моделей на небольших животных.

Таким образом, ARQiv-HTS позволяет провести крупномасштабный процесс поиска новых лекарств на целом организме для различных модельных видов и с перспективой ориентации на лечение разнообразных болезней.

Практическое применение

Роботизированная система 'ARQiv-HTS' имеет большие перспективы для применения в качестве высокопроизводительной платформы для скрининга новых лекарств. Она обходит многие узкие места, выполняя крупномасштабный анализ in vivo, многократно облегчает руинные аспекты процесса скрининга, и удаляет большую часть возможностей для ошибок пользователя. Первый полномасштабной ввод в действие системы ARQiv-HTS был недавно завершен. При этом более 0,5 миллиона молоди данио рерио было обследовано с применением принципов qHTS в целях выявления потенциальных новых терапевтических средств для лечения больных сахарным диабетом.

Протокол данной технологии описывает обобщенный способ применения ARQiv-HTS для поиска новых лекарств, который охватывает дизайн анализа, массовое производство яйцеклеток (икры) и молоди рыб, автоматизированное разведение лекарств, распределение эмбрионов или личинок в микротитрационные планшеты, количественное определения репортеров и получение данных в режиме реального времени.

Технология предлагает специальный протокол ARQiv-HTS, который был использован для идентификации лекарств, повышающих репортерную активность инсулина, таким образом, потенциально увеличивая массу панкреатических бета-клеток. Платформа ARQiv-HTS обладает большими потенциальными возможностями для того, чтобы значительно расширить набор типов крупномасштабных химических скриингов, которые могут быть выполнены in vivo, таким образом обеспечивая средство для достижения такой пропускной способности, которая требуется для оптимальных методов скрининга на основе целого организма с целью обнаружения лекарств.

Лаборатории

• Department of Ophthalmology, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore (USA)
• Department of Cellular Biology and Anatomy, Augusta University, Augusta (USA)
• Department of Biostatistics, Johns Hopkins University Bloomberg School of Public Health, Baltimore (USA)

Ссылки

Публикации

• White, D.T. et al. «ARQiv-HTS, a versatile whole-organism screening platform enabling in vivo drug discovery at high-throughput rates." 11 Nature Protocols (2016): 2432–2453.
• Mathias, J.R., Saxena, M.T. & Mumm, J.S. «Advances in zebrafish chemical screening technologies." 4 Future Med. Chem. (2012): 1811–1822.
• Ariga, J., Walker, S.L. & Mumm, J.S. «Multicolor time-lapse imaging of transgenic zebrafish: visualizing retinal stem cells activated by targeted neuronal cell ablation." 43 J. Vis. Exp. (2010): e2093.