הבנת נתיבי שינוי בתרבות לפיתוח תרופות טובות יותר

מסלולי אות תאים הם היסוד להבנת האופן שבו תאים מתקשרים, להסתגל ולתאם את פעילותם בסביבה המורכבת של אורגניזם חי.בפיתוח סמים, לפענח את המסלולים האלה - במיוחד במערכות תרבות תאים מבוקרות - מתוואי ישיר לזיהוי מטרות טיפוליות חדשניות, לחזות יעילות סמים, וצמצום השפעות התפתחותיות יעילות יותר של תאים.

מה הם נתיבי אותות תאים?

מסלולים אותות תאים הם ארקדיות מורכבים של אינטראקציות מולקולריות שמתחילות כאשר מולקולה אותית - הורמון, גורם צמיחה, נוירוטרנסמטר, או תרופה - מוביל קולטן על פני התא או בתוך התא.זה מחייב סדרה של תגובות ביוכימיות שמעבירות את האות דרך ה-cytoplasmitter, ולעתים קרובות לתוך גרעין, שינוי גנטי, חילוף החומרים התאיים או הארגון הנטואי, כולל שינויים עצביים.

משפחות בעלות אות כולל:

• (FLT:0) ראוטנים צמיגים (RTKs) irph:1 - למשל, EGFR, HER2, קולטן אינסולין. קולטנים אלה מתמרנים על ligand מחייב ו- phosphorylate צמיגיםrosine שאריות על עצמם ועל מטה הזרם, הפעלת MAPK /ERK, PI3 /K, ו-K אחרים.
• (FLT:0G קולטנים מכוונים (GPCRsua)FLT:1 - המשפחה הגדולה ביותר של מטרות סמים.הם מפעילים חלבונים G heterotrimeric G (Gs, Gi, Gq, G12/13) המאמתים שליחים אחרים כמו cAMP, IP3 ו-DAG.
• (ב) [ה]:0] ויקרא ויקרא י"ד: "הפקד על גורל תא ועל תחזוקה של תאי גזע; הדיזל שלו נפוץ בסרטן המעי הגס.
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0)Hedgehog, TGF-β/BMP, JAK/STAT Pathsph1 - כל אחד עם רכיבים נפרדים ואגודות מחלות.

כל מסלול מייצג סדרה של מחסומים שניתן להתמקד במולקולות קטנות, ביולוגיות או טיפולים גנטיים.לדוגמה, מעכבי צמיגיםrosine kinase (TKIs) כמו פעילות imatinib ו erlotinib לחסום RTK, בעוד רופאי GPCR כוללים beta-blockers ואנטי-thetamines. כדי לפתח תרופות רציונליות, החוקרים חייבים קודם כל להתבונן במסלולים מבוקרים, הגדרת תאים.

ללמוד את נתיבי האות בתרבות התא

תרבות תאים מספקת מערכת פשוטה אך מאוד מתוחה לחשיפת אירועים בדרגה המולקולרית.בניגוד למודלים בעלי חיים שלמים, תאים תרבותיים מאפשרים לחוקרים לשלוט במשתנים סביבתיים (pH, טמפרטורה, חמצן, קומפוזיציה תזונתית), ליישם מינונים מדויקים של גירויים או מעכבים, ו לקצור חומרים לניתוח ביוכימי בנקודות זמן מדויקות.

טכניקות נפוצות לניתוח נתיבי בתרבות

• (FLT:0 Western נפיחותFLT:1) - שינויים במונחי חלבון ושינויים לאחר-טרנסלציה (phosphorylation, ubiquitination) נוגדנים ספציפיים Phospho מאפשרים מעקב אחר מסלול (למשל, זרפו-ERK, phosphosphospho-AKT).
• (FLT:0)Immunofluorescence ו- confocal microscopyscopyof1 - הדמיה של יקיעות חלבון, מעבר (למשל, NF-BreakB נעים לגרעין), ושילוב של רכיבי אות.
• (FLT:0)Reporter AssaysFLT:1 - תאים ממונדסים נושאים חלבון luciferase או פלורסנט תחת שליטה של מקדם תגובה (למשל, Top Flash for Wnt / ⁇ caten איתותing) מאפשר ניטור בזמן אמת.
• (FLT:0)Mass spectrometry מבוסס זרפרוטמיקט 1LT - מספק פרופילים לא משוחדים, גלובליים של אלפי אירועים זרחן, גילוי דינמיות רשתית.
• (FLT:0)CRISPR-Cas9 העריכה FIRLT:1) - דפק או דפק של גנים ספציפיים של נתיב מאפשר אימות פונקציונלי. Kinase-deadמוטציות, מחיקת דומיין ומוטציות נקודה לעזור לקבוע סיבתיות.
• (FLT:0) הקרנה גבוהה של תוכן גבוה 1 (FLT) - הדמיה אוטומטית של מאות קראטים במסלול (למשל, מעבר גרעיני, סמנים מחזור תאים) בהצלחות מרובות-וול, המאפשרות בדיקות סמים בקנה מידה גדול.

היתרונות של שימוש בתרבות התא

• (ב) ⁇ 0) ,התאוששות גבוהה (FLT:1) - קווי תא שיבוט מספקים אוכלוסיות הומוגניות, צמצום הרעש הביולוגי.
• (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ,0) חסכוניות-תועלת (FLT:1) - החלפת בעלי חיים להקרנה בשלבים המוקדמים מפחיתה את עלויות ודאגות אתיות.
• (ב) ניתן לבחון מאות תרכובות או בריכות אחנ"א במקביל בתוך ימים.
• (FLT:0) בהירות מכניסטית של LT:1 - מניפולציה ישירה של רכיבי מסלול (למשל, הוספת מעכב ספציפי כמו U0126 עבור MEK) מניבה תוצאות לאמביות.

הגבלות לשקול

• (FLT:0)Los of microenvironmentmental1) – תרבות מונושכבת חסרה האדריכלות התלת מימדית, ממטריקס חוץ סלולרי ואינטראקציות סטריליות המכתיבות את האות ב vivo.
• (FLT:0) קו אמנותיצר 1 (FLT: 0Cell line ArtefactsFLT:1) - קווי תאים אלמוות לעתים קרובות צברו שינויים גנטיים אפיגנטיים שמשנים התנהגות מסלול בהשוואה לתאיים ראשוניים.
• (ב) ⁇ :0) התעלמות של משוב מערכתי 1:1 - השפעות אנדוקריניות, החיסון והחילוניות חסרות; מנגנוני הכפייה באורגניזם שלם אינם יכולים להילקח.
• (FLT:0) פשטות והסתגלות של ה-FLT:1, תרבות ממושכת יכולה לבחור עבור שיבוטים שגדלים מהר יותר, אך לא מייצגים עוד את הרקמה המקורית.

למרות מגבלות אלה, עיצוב ניסיוני זהיר - כולל שימוש בתאים ראשוניים, או במערכות תרבות או קו-תרבותיות - יכול לגשר על חלק מה הפער בין מנות תרבות ורקמות חיים.

השלכות לפיתוח סמים

הבנת מסלולים בתרבות התאית מודיעה ישירות על כמה שלבים קריטיים של צינור פיתוח התרופות:

זיהוי ואימות

על ידי שיבוש שיטתי של רכיבים של Pathway עם RNAi, CRISPR, או בדיקות כימיות בתאים בעלי רלוונטיות למחלות, החוקרים יכולים לזהות אילו סטיות נדרשות עבור פנוטיפ פתולוגי (למשל, תפוצה, פלישה, פלישה, שחרור Cytokine) לדוגמה, אם ניתוק את הצמיחה בקו סרטן החביא מוטציות, אשר מבצע "טיפול תרופתי" באופן קבוע) עם יכולת גירוי (גנטית) של תרופה זו, לעתים קרובות, המכונה "טיפול גנטי" (reative) הופך להיות מטרה מעשית).

High- Throughput Screening (HTS)

דוגמאות מבוססות תאים הן עבודות של בדיקות סמים מוקדם.שימוש שורות תאים עיתונאי או phenotypic קוראouts (למשל, ניידות, זרמיות עצבית), ספריות של אלפי למיליונים של תרכובות ניתן לבדוק עבור מעכבי Modulation.Hs הם אז משולשים המבוססים על נוקשות,סלקטיביות, ומנגנון.

חיזוי יעילות סמים וסובלנות

ברגע שתרכובת מובילה מזוהה, ניסויים בתרבות התאית עוזרים לחזות כיצד זה יתנהג בבני אדם. דוזה-response עקומות, מחקרי זמן, וניסויים לשטוף חושפים אם תרופה היא מעכבת או בלתי הפיך. Cellsy assays (למשל, MTT, שחרור dehydraseogen, caspase) שיכול לגרום לתאים רעילים או לדלקתיים מוקדם יותר, כלומר, כגון סרטן המעי הגס, יתר על תאים סרטניים.

מחקרים על מנגנונים

גם לאחר שתרופה נכנסת לניסויים קליניים, מחקרים בתרבות התאית נשארים חיוניים להבנת תוצאות בלתי צפויות.אם תרופה מציגה יעילות בקבוצות מטופלים מסוימות, אך לא אחרות, החוקרים יכולים להשוות פרופילי הפעלה של תאים תרבותיים הנושאים את הרקע הגנטי הרלוונטי.זה עוזר להסביר מנגנוני התנגדות (למשל, מוטציות משניות בתחום הקינזיז, ויסתתת דרכים חלופיות) ומציע שילוב של טיפולים שיכולים להתגבר עליהם.

דוגמאות: אותות נתיבים בגילוי סמים

EGFR/RAS/MAPK Pathway in Cancer

הגרף של קולטן הצמיחה האפידרמאל (EGFR) הוא אחד ממקרי הסימון הטובים ביותר ב- EGFR ב- Oncology.בתאים רגילים, EGFR מפעילה תפוצה והישרדות, אך בסרטן ריאות תאים קטנים (NSCLC) ו- Colorectal cancer, אשר לעתים קרובות מעצימים מוטציות או גאן מוביל לחיקוי בלתי מבוקר.

GPCR - מחלה נוירולוגית

GPCRs הם המטרה הנפוצה ביותר עבור תרופות מערכת העצבים המרכזית (CNS) בתרבות התא, החוקרים יכולים לומר הפעלה GPCR המונעת על ידי ligand באמצעות טכניקות כגון הדמיה של סידן פלוקס (עבור קולטנים מקודדים) או מדידה cAMP (עבור Gs /Gi) לדוגמה, פיתוח של אנטי-פסיכוטיות דלקתיים דלקתיים דלקתיים דלקתיים כגון ariprazole מבוסס על תאים מבוססי הדבקה אופטית כמו נוגדנים אופטית שיכולה לעזור לייצבים באופן פתורים באופן דומה כדי לפתח אותות רגשיים פתורים פתורים חזותיים פתורים פתורים כגון פתורים פתורים ייצוב של נוגדנים ⁇ i ⁇ i ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Wnt / ⁇ Catenin Signaling in Regenerative Medicine

Wnt Signaling בקרדי תאי גזע העצמי בזעקת המעי ורקמות אחרות. כתב מבוסס תאים (למשל, TOPפלאש) משמשים למסך עבור מולקולות קטנות המאמת את המסלול.בדוגמה בולטת אחת, החוקרים גילו כי ליתיום צ'ור מעכב GSK-3β, הרגולטור שלילי של אות Wnt / ⁇ enining, על ידי אפקט בולט יותר של סרטן צוואר הרחם (Rent) הוביל לפציעות קודמות של סרטן.

כיוונים עתידיים

ההתקדמות בטכנולוגיית התרבות התאית ממנת מחדש את יכולתנו ללמוד אותות בהקשרים רלוונטיים יותר מבחינה פיזיולוגית.כמה מגמות מתעוררות מבטיחות להאיץ את התפתחות הסמים עוד יותר:

3D) תרבות ואורגניזמים

Spheroids, אוברדיואידים, ו 3D ביונדנד רקמות מלוכדות מחדש את מגעי התא, אינטראקציות ממטריקס חוץ סלולרי, ו ⁇ s של חמצן וחומרים מזינים שאינם בתרבות מונו-שכבתית. Organoids שמקורם בגידולים המטופל משמר את הנוף האות של הסרטן המקורי, כולל בין סוגים שונים של תרופות הקרנה ב 3D תרבויות לעתים קרובות מייצרת רגישות טובה יותר לחזות תגובות קליניות מאשר 2D.

מיקרופלודי "Organ-on-a-Chip"

מכשירים אלה משלבים זרימה, מתח מכני, וסוגים תאים מרובים (למשל, endothelium, אפיתליום, תאים חיסוניים) בערוץ יחיד.הם מאפשרים שימוש בסמים דינמיים בזמן אמת של אירועים אות. לדוגמה, מודל כבד על שבב-על-a-chip יכול לשמש כדי לבדוק אם מועמד סמים המכוון מסלול אותות בקו סרטן גם גורם לאפקטים על- hep-a-a-a-a-chip יכול לשמש כדי לבדוק אם מועמד אשר משנה אם הוא גורם לדגמיים באמצעות אותות על-a-a-a-a-a-a-a-a-to-a-a-a-a-toאפקטים על-a-a-toאפקטים על-a-toאפקטים על-a-a-chip מודלים.

ניתוח אותות יחיד-Cell Signaling Analysis

ציטריטומטריה המונית (CyTOF), תאים בודדים RNA-seq, ודמיית מרובותxed עכשיו לחשוף את הטרוגניות של מסלול הפעלה בתוך תרבות אחידה לכאורה. חוקרים יכולים לזהות תאים עמידים נדירים, למדוד קינטיקה בדרגה התא הבודד, ולבנות מודלים חישוביים של איך רעש משוב תגובה.

מודלים ולמידה של מכונות

נתונים קוונטיים מניסויים בתרבות התאית - עקומות תגובה אלה, קורסי זמן הזרחן, תוצאות של חיסון משותף - ניתן לשלב במודלים מתמטיים של רשתות אותות.מודלים אלה יכולים לדמות את ההשפעה של תרופה תחת רקעים גנטיים שונים או שילובי סמים וחיזוי לולאות משוב בלתי צפויות.

לסיכום, מסלולי אות תאים הם השפה שבאמצעותה תאים מפרשים את הסביבה שלהם ואת התנהגויות מורכבות תזמורתית.תרבות תאים מספקת מעבדה הכרחית ללמידה ומניפולציה שפה זו.על ידי שילוב שיטות ביוכימיות קלאסיות עם טכנולוגיות חדשניות - אורגנואידים, מיקרו-קלודייקים, omics תאים בודדים, וסימולציה חישובית - מחקר יכול לנתק את הפונקציה עם דיוק גדול יותר לתרגם אלה לתוך תרופות שלב אחר כך טוב יותר, כדי לספק תרופות המבוססות על ידי טיפול תרופתי, כדי לפתח טוב יותר, כדי לפתח טוב יותר, כדי לפתח תרופות מתקדמות יותר, כדי לפתח תרופות מתקדמות יותר, כדי לפתח טוב יותר, כדי לפתח תרופות.

לקריאה נוספת על יסודות האיתות התא, בקר בגילוי סמים:0 NCBI Bookshlf על Cell CommunicationseurFLT:1 . עבור סקירה מעמיקה של GPCR אותing בגילוי סמים, ראה זה FLT:2 ביקורות טבע מאמר גילוי סמים גילוי FLT 3: כדי לחקור את עלייתם של מודלים איברנואידים בפיתוח סמים, להתייעץ עם נקודת מבט זו של LT:4Cell על איברים:2 ביקורות טבע על איברים 5LT5: