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Promesse neuve de prises de technique dans des études de cancérologie et de science

Cette semaine rapportée de technique neuve en la Science surmonte plusieurs limitations des écrans chimiques de haut-débit particulier conduits sur des échantillons de cellules. De tels écrans sont utilisés généralement pour essayer de découvrir les médicaments contre le cancer neufs, et dans beaucoup d'autres applications biomédicales.

La plupart des écrans actuels de cette nature offrent une lecture grossière, comme de la survie de cellules, la prolifération ou l'altération dans des formes de cellules, ou seulement une conclusion moléculaire spécifique, telle que le contrôle si une enzyme particulière est bloquée.

À cause de l'écartement énorme entre ces extrémités, la plupart des analyses manquent par habitude l'expression du gène subtile ou les modifications de condition de cellules qui pourraient dévoiler les cellules perturbées par intérieur déclenchées par mécanismes. De telles analyses peuvent également pour trouver des réactions de nuances qui pourraient indiquer des effets secondaires inattendus des médicaments étant vérifiés, ou de variation parmi les cellules génétiquement identiques au même médicament, ou pourquoi les cellules deviennent un résistant au traitement qui fonctionnait bien précédemment. Pour adresser ces limitations, une équipe de recherche représentant beaucoup d'inducteurs a collaboré pour développer une technique plus instructive.

Cette technologie occupe réellement un créneau entre les deux genres courants d'analyses. Vous pouvez obtenir une sorte de vue globale des réponses cellulaires. Nous pensons qu'elle va être réellement puissante pour classer des médicaments par catégorie, par exemple, et disons ce qu'est leur mécanisme. »

Sanjay R. Srivatsan, chercheur de fil, un stagiaire de M.D./Ph.D. dans le programme de formation de scientifique médical à l'université de l'École de Médecine de Washington à Seattle

La technologie neuve combine des améliorations aux noyaux de marquage de cellules avec des avances en profilant quels gènes sont exprimés en chacun de millions de cellules. Ce faisait à une définition unicellulaire et d'une façon rentable. Ils ont nommé le sci-Plex neuf de méthode de dépistage.

Dans l'édition en ligne du 5 décembre de la Science, les chercheurs enregistrent leurs découvertes d'épreuve-de-concept. Les auteurs importants du papier, en plus de Srivatsan, sont José L. McFaline-Figueroa, un boursier post-doctoral en sciences de génome à la Faculté de Médecine d'UW ; et Vijay Ramani, un étudiant de troisième cycle des sciences de génome de l'ancien UW qui est maintenant un camarade de corps enseignant de Sandler à l'Université de Californie.

Les chercheurs senior étaient Cole Trapnell, professeur agrégé d'École de Médecine d'UW des sciences de génome et d'un chercheur à l'institut de Brotman Baty pour le médicament de précision à Seattle, et geai Shendure, un professeur de Faculté de Médecine d'UW des sciences de génome et directeur scientifique de l'institut de Brotman Baty. Shendure est également un chercheur de Howard Hughes Medical Institute et dirige le centre de découverte d'institut d'Allen pour la lignée de cellules traçant au médicament d'UW.

« La technique de sci-Plex nous permet de mettre un bon nombre en commun de cellules génétiquement différentes et voir ce qui arrive à beaucoup de différentes cellules pendant qu'elles sont perturbées de beaucoup de différentes voies, » a dit Trapnell. « Nous rassemblons alors toutes les caractéristiques ensemble et les analysons utilisant les outils modernes de la science d'apprentissage automatique et de caractéristiques pour comprendre quelque chose au sujet de ce que chacun de ces médicaments fait aux cellules. »

Pour mettre le sci-Plex par ses rythmes, les chercheurs l'ont appliqué à un écran utilisant trois genres de lignées cellulaires de cancer (leucémie, cancer de poumon et cancer du sein) traitées avec 180 composés pour le cancer, les traitements de VIH et de maladie auto-immune. Les cellules ont été marquées avec un hachage nucléaire de petit, monocaténaires d'ADN. Ce hachage recense différentes cellules et permet aux scientifiques de dresser la carte que les cellules ont reçus qui dopent. Dans juste une expérience, les chercheurs ont mesuré l'expression du gène dans 650.000 cellules de plus de 5.000 échantillons indépendamment traités.

Les résultats ont indiqué des différences important des voies certaines des cellules cancéreuses réagies aux composés spécifiques. Ils ont également indiqué les configurations partagées parmi des cellules en ce qui concerne d'autres familles chimiques ainsi que quelques propriétés qui ont discerné des médicaments dans une famille chimique. Les chercheurs ont fouillé plus profondément dans le mode de l'action d'une classe des médicaments contre le cancer, inhibiteurs de HDAC. Ils ont vu que les modifications de réglementation de gène ont apparié la proposition que ces inhibiteurs ont arrêté la prolifération de cellule cancéreuse en bloquant l'accès à une source d'énergie.

Décrivant un autre aspect de la recherche, Srivistan a dit, « il faisait réellement frais que nous pourrions employer des profils d'expression du gène pour classer le pouvoir des médicaments. Avec des changements de dose plus de quatre ordres de grandeur, nous pourrions voir une augmentation sans heurt de la réponse cellulaire. »

De façon générale, l'étude de sci-Plex a proposé qu'elle pourrait être écaillée aux milliers d'échantillons pour viser de diverses voies biochimiques, catalyseurs, régulateurs et modes d'action.

« Une partie de ce travail pourrait concerner la demande de règlement de la maladie, en aidant les chercheurs médicaux comprenez comment certain produit de médicaments leurs effets, comment l'étape de cellules influence l'efficacité, et pourquoi quelques médicaments travaillent à quelques cellules, mais pas sur d'autres, » Trapnell a dit.

Les « médecins donnent également à beaucoup de gens la même poignée de médicaments, et ils travaillent pour certains et pas pour d'autres, » Trapnell a ajouté. « Potentiellement le sci-Plex pourrait nous aider mieux à comprendre pourquoi c'est. »

Trapnell a dit il croit que le sci-Plex pourrait être un outil utile pour le médicament de précision : « Éventuel quand quelqu'un tombe malade avec le cancer, nous voulons détruire la tumeur entière, toutes les cellules, pas simplement certains des cellules. Ainsi la compréhension pourquoi quelques différentes cellules répondent une voie à un médicament et d'autres répondent est différemment critique à concevoir les traitements qui seront complet efficaces. »

Un avantage distinct de sci-Plex, les chercheurs remarquables, est qu'il peut discerner comment un composé affecte des sous-ensembles de cellules. En plus de ceux qui composent des tumeurs, de tels sous-ensembles pourraient également comprendre les modèles vivants de laboratoire-assiette tels que les cellules reprogrammées, les organoids, et les embryons synthétiques.

Les chercheurs croient que la facilité et le coût bas de noyaux hachant, combinés avec la souplesse et l'évolutivité de leurs méthodes pour l'ordonnancement unicellulaire, pourraient donner à sci-Plex beaucoup la recherche fondamentale et les applications pratiques en biomédecine. Par exemple, elle pourrait aider en établissant un atlas complet des réponses cellulaires aux interventions pharmaceutiques.

« C'est une stratégie très généralisable, » Srivatsan a dit. « Elle peut être exécutée avec des réactifs que n'importe quel scientifique peut acquérir et elle peut être employée de plusieurs manières. »

Trapnell a convenu. « Je suis réellement intéressé par la façon dont la communauté scientifique génomique unicellulaire capte ceci pour des choses que nous n'avons pas anticipées. Cela se produit tout le temps dans notre domaine. Les révélateurs de technologie et les biologistes expérimentaux repurposing des techniques dans toutes sortes de voies que les premiers développeurs n'ont pas envisagées. »

Le travail sur le sciPlex a été financé par les instituts de la santé nationaux (concessions DP1HG007811, R01HG006283), le W.M. Keck Foundation, et le groupe de frontières de Paul Allen.

Trois des scientifiques sur ce projet, aucun de eux ont nommé dans ce communiqué, intérêts financiers avoués sous forme d'actionnariat et l'emploi dans Illumina, Inc. un ou plusieurs brevets limés par Illumina ou l'UW peut basé sur ce travail.

Source:
Journal reference:

Srivatsan, S.R., et al. (2019) Massively multiplex chemical transcriptomics at single cell resolution. Science. doi.org/10.1126/science.aax6234.