Eine neue Technik berichtet, die in der Wissenschaft dieser Woche überwindet verschiedene Einschränkungen der typische high-throughput-chemischen screens durchgeführt zellproben. Solche Bildschirme werden Häufig verwendet, um zu versuchen zu entdecken neue Krebs-Medikamente, und in vielen anderen biomedizinischen Anwendungen.
Die meisten aktuellen Bildschirme dieser Art bieten entweder eine grobe Anzeige, wie Sie in der Zelle überleben, die proliferation oder Veränderungen in der Zell Formen, oder nur eine bestimmte molekulare finden, wie zum Beispiel testen, ob ein bestimmtes Enzym blockiert wird.
Aufgrund der großen Lücke zwischen diesen extremen, die meisten assays routinemäßig miss subtile expression der gene oder die Zelle, Status-änderungen, die möglicherweise enthüllen Mechanismen ausgelöst innen irritiert Zellen. Solche assays können auch nicht erkennen, Nuancen, die zeigen könnten, unerwartete Nebenwirkungen von Medikamenten getestet, oder unterschiedliche Reaktionen bei den genetisch identischen Zellen, um die gleiche Droge, oder warum die Zellen werden resistent gegen die Behandlung, die vorher gut funktioniert.
Um diese Einschränkungen, ein research-team, die viele Felder der Zusammenarbeit zu entwickeln, die mehr informativen Technik.
“Diese Technologie befindet sich tatsächlich in eine Nische zwischen den zwei häufigsten Arten von Tests,” sagte den führenden Forscher Sanjay R. Srivatsan, ein M. D./Ph. D.-student an der Medical Scientist Training Program an der University of Washington School of Medicine in Seattle. “Man kann eine Art Globale Sicht auf die zellulären Reaktionen. Wir glauben, dass es wirklich mächtig, zu kategorisieren, Drogen zum Beispiel, und sagen, was Ihr Mechanismus ist.”
Die neue Technologie kombiniert die Verbesserungen bei der Kennzeichnung von Zellkernen mit Fortschritte in der Profilierung, welche Gene ausgedrückt werden, die in jedem der Millionen von Zellen. Dies wurde erreicht bei einer single-cell-Auflösung und in einer kostengünstigen Art und Weise. Sie nannten die neue screening-Methode sci-Plex.
Im Dez. 5 online-Ausgabe von Science, die Forscher berichten über Ihre proof-of-concept-Ergebnisse. Die führenden Autoren des Papiers, zusätzlich zu Srivatsan, Jose L. McFaline-Figueroa, ein postdoctoral fellow in der Genom-Wissenschaften an der UW-medizinischen Fakultät; und Vijay Ramani, ein ehemaliger UW genome sciences graduate student, ist jetzt ein Sandler Faculty Fellow an der University of California.
Die leitenden Forscher waren Cole Trapnell, UW School of Medicine associate professor für Genom-Wissenschaften und ein Privatdetektiv bei der Brotman Baty Institut für Präzisions-Medizin in Seattle, und Jay Shendure, ein UW medical school professor für Genom-Wissenschaften und wissenschaftlicher Leiter des Brotman Baty Institut. Shendure ist auch ein Howard Hughes Medical Institute investigator und leitet das Allen Institute Discovery Center for Cell Lineage Tracing.
“Der sci-Plex-Technik ermöglicht es uns, pool viele genetisch unterschiedliche Zellen und sehen, was passiert mit vielen einzelnen Zellen, wie Sie sind gestört in viele verschiedene Möglichkeiten”, sagte Trapnell. “Wir sammeln dann alle Daten zusammen und analysieren es mit Hilfe moderner Werkzeuge aus dem maschinellen lernen und data science zu verstehen, was jede dieser Drogen führt zu den Zellen.”
Zu setzen, sci-Plex auf Herz und Nieren, die Forscher angewendet, um einen Bildschirm mit drei Arten von Krebs-Zelllinien (Leukämie -, Lungenkrebs und Brustkrebs) behandelt mit 180 verbindungen verwendet werden zur Behandlung von Krebs, HIV und Autoimmunerkrankungen Therapien. Die Zellen wurden mit einem mit einem nuklearen Vermischung von klein, einzelne DNA-Stränge.
Diese Vermischung nennt verschiedene Zellen und ermöglicht Wissenschaftlern Karte, die Zellen erhalten, die die Droge. In nur einem experiment, die Forscher gemessene gen-expression in den von 650.000 einzelne Zellen von mehr als 5.000 selbstständig behandelten Proben.
Die Ergebnisse zeigten signifikante Unterschiede in der Art und Weise, einige der Krebszellen reagierten auf bestimmte verbindungen. Sie zeigte auch gemeinsame Muster unter Zellen mit Bezug zu anderen chemischen Familien sowie einige Eigenschaften, dass sich Drogen in einer chemischen Familie.
Die Forscher Gruben sich tiefer in den Wirkmechanismus einer Klasse von Krebs-Medikamenten, HDAC-Hemmer. Sie sah, dass das gen regulatorische änderungen abgestimmt die Aussage, dass diese Inhibitoren gestoppt Krebs Zellproliferation durch Blockierung des Zugangs zu Energie.
Beschreibung ein weiterer Aspekt der Forschung, Srivistan sagte, “Es war wirklich cool, wir könnten Verwendung von gen-Ausdruck-profile zu kategorisieren, die Wirksamkeit von Drogen. Mit änderungen in der Dosis über einen Bereich von vier Größenordnungen, konnten wir sehen, eine glatte Erhöhung der zellulären Reaktion.”
Insgesamt ist der sci-Plex Ergebnisse legen nahe, dass es könnte skaliert werden, um Tausende von Proben zu Ziel verschiedene biochemische Stoffwechselwege, Katalysatoren, regler und Modi des Handelns.
“Manche dieser Arbeit beziehen sich auf die Behandlung der Krankheit, die helfen, medizinische Forscher zu verstehen, wie bestimmte Medikamente entfalten Ihre Wirkung, wie die Zelle der Bühne beeinflusst die Wirksamkeit, und warum einige Medikamente wirken auf einige Zellen, aber nicht auf andere,” Trapnell sagte.
“Die ärzte geben auch viele Leute die gleiche Handvoll von Medikamenten, und Sie arbeiten für einige Menschen und nicht für andere,” Trapnell Hinzugefügt. “Potenziell sci-Plex könnte uns helfen, besser zu verstehen, warum das so ist.”
Trapnell sagte, er glaubt, sci-Plex ” könnte ein nützliches Werkzeug für Präzisions-Medizin: “Letztlich ist, wenn jemand krank mit Krebs, wir wollen töten, den gesamten tumor, alle Zellen, nicht nur einige der Zellen. Damit Sie verstehen, warum einzelne Zellen reagieren, ein Weg, um eine Droge, und andere, die unterschiedlich reagieren, ist entscheidend für die Gestaltung von Therapien, die vollkommen wirksam sein.”
Ein klarer Vorteil von sci-Plex, die Forscher stellten fest, dass es unterscheiden kann, wie eine Substanz wirkt sich auf Teilmengen von Zellen. Zusätzlich zu den make-up-Tumoren, Z Teilmengen beinhalten könnte, Labor-Schale Wohn-Modelle wie reprogrammierten Zellen, organoids und synthetischen Embryonen.
Die Forscher prognostizieren, dass die Leichtigkeit und die niedrigen Kosten der Kernenergie-hashing, kombiniert mit der Flexibilität und Skalierbarkeit Ihrer Methoden für die single-cell sequencing, geben könnte, sci-Plex viele Grundlagenforschung und praktischen Anwendungen in der Biomedizin. Zum Beispiel könnte es helfen, in den Aufbau einer umfassenden atlas der zellulären Antworten auf pharmazeutische Interventionen.
“Es ist ein sehr verallgemeinerbare Strategie”, Srivatsan, sagte. “Es kann durchgeführt werden, mit Reagenzien, die einen Wissenschaftler gewinnen kann, und es kann in vielerlei Hinsicht verwendet werden.”
Trapnell vereinbart. “Ich bin wirklich daran interessiert, wie die single-cell genomics scientific community picks für Dinge, die wir nicht voraussehen. Das passiert die ganze Zeit in unserem Gebiet. Technologie-Entwickler und experimentellen Biologen sind die Wiederverwendung von Techniken, die in allen Arten von Möglichkeiten, dass die ursprünglichen Entwickler nicht vorstellen.”
