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Nuova promessa delle tenute di tecnica negli studi di ricerca sul cancro e di scienza

Una nuova tecnica riferita questa settimana nella scienza sormonta parecchie limitazioni degli schermi chimici di alto-capacità di lavorazione tipica condotti sui campioni delle cellule. Tali schermi sono comunemente usati provare a scoprire le nuove droghe di cancro ed in molte altre applicazioni biomediche.

La maggior parte dei schermi correnti di questa natura offrono una lettura grezza, quali della sopravvivenza delle cellule, la proliferazione o le alterazioni nelle forme delle cellule, o soltanto un'individuazione molecolare specifica, come prova se un enzima particolare è bloccato.

A causa dello spazio enorme fra quegli estremi, la maggior parte delle analisi mancano ordinariamente l'espressione genica o i cambiamenti di stato sottili delle cellule che potrebbero rivelare le celle perturbate interno avviate meccanismi. Tali analisi possono anche non riuscire ad individuare le reazioni di variazione o, che sono provati gli effetti collaterali dei farmaci inattesi indicare potrebbero che di sfumature fra le celle geneticamente identiche alla stessa droga, o perché le celle diventano resistenti al trattamento che precedentemente stava funzionando bene. Per indirizzare queste limitazioni, un gruppo di ricerca che rappresenta molti campi ha collaborato per sviluppare una tecnica più informativa.

Questa tecnologia realmente occupa un posto adatto fra i due generi comuni di analisi. Potete ottenere una specie di visualizzazione globale delle risposte cellulari. Pensiamo che stia andando essere realmente potente categorizzare le droghe, per esempio e che diciamo che cosa il loro meccanismo è.„

Sanjay R. Srivatsan, ricercatore del cavo, uno studente di M.D./Ph.D. nel programma di formazione dello scienziato medico alla scuola di medicina dell'università di Washington a Seattle

La nuova tecnologia combina i miglioramenti nei nuclei di contrassegno delle cellule con gli avanzamenti nel delineamento che geni sono espressi in ciascuno di milioni di celle. Ciò faceva ad una risoluzione unicellulare ed in un modo redditizio. Hanno nominato il nuovo SCI-Plex di metodo di vagliatura.

Nell'edizione online del 5 dicembre di scienza, i ricercatori riferiscono i loro risultati del proof of concept. Gli autori principali del documento, oltre a Srivatsan, sono José L. McFaline-Figueroa, un collega postdottorale nelle scienze del genoma alla facoltà di medicina di UW; e Vijay Ramani, un ex dottorando di scienze del genoma di UW che ora è un collega della facoltà di Sandler all'università di California.

I ricercatori senior erano Cole Trapnell, professore associato della scuola di medicina di UW delle scienze del genoma e un ricercatore all'istituto di Brotman Baty per la medicina di precisione a Seattle ed a Jay Shendure, un professore della facoltà di medicina di UW delle scienze del genoma e Direttore scientifico dell'istituto di Brotman Baty. Shendure è egualmente un ricercatore di Howard Hughes Medical Institute e dirige il centro di scoperta dell'istituto di Allen per stirpe delle cellule che rintraccia alla medicina di UW.

“La tecnica di SCI-Plex permette che noi riuniamo i lotti delle celle geneticamente differenti e vedere che cosa accade a molte diverse celle mentre sono perturbate in molti modi diversi,„ ha detto Trapnell. “Poi raccogliamo insieme tutti i dati e lo analizziamo facendo uso degli strumenti moderni da scienza di dati e di apprendimento automatico per capire qualcosa circa cui ciascuna di quelle droghe fa alle celle.„

Per mettere lo SCI-Plex con i sui passi, i ricercatori se lo sono applicato ad uno schermo facendo uso di tre generi di linee cellulari del cancro (leucemia, cancro polmonare e cancro al seno) trattate con 180 composti per cancro, il HIV e le terapie di malattia autoimmune. Le celle sono state contrassegnate con un indirizzamento casuale nucleare di piccoli, singoli fili di DNA. Questo indirizzamento casuale identifica le celle differenti e permette agli scienziati di mappare che le celle hanno ricevuto che drogano. In appena un esperimento, i ricercatori hanno misurato l'espressione genica in 650.000 unicellulari da più di 5.000 campioni indipendente trattati.

I risultati hanno indicato le differenze significative nei modi alcune delle cellule tumorali reagite ai composti specifici. Egualmente hanno rivelato i reticoli comuni fra le celle riguardo ad altre famiglie chimiche come pure ad alcuni beni che hanno distinto le droghe all'interno di una famiglia chimica. I ricercatori hanno ricercato più profondamente nel modo di atto di una classe di droghe di cancro, inibitori di HDAC. Hanno veduto che le modifiche normative del gene hanno abbinato la proposta che questi inibitori hanno fermato la proliferazione di cellula tumorale bloccando l'accesso ad una fonte di energia.

Descrivendo un altro aspetto della ricerca, Srivistan ha detto, “era realmente fresco che potremmo usare i profili di espressione genica per categorizzare la potenza delle droghe. Con i cambiamenti nella dose oltre quattro ordini di grandezza, potremmo vedere un aumento regolare nella risposta cellulare.„

In generale, lo studio di SCI-Plex ha suggerito che potrebbe essere sottoposto a operazioni di disgaggio a migliaia di campioni per mirare alle diverse vie biochimiche, ai catalizzatori, ai regolatori ed ai modi di atto.

“Alcuno di questo lavoro potrebbe riguardare il trattamento della malattia, nell'aiuto dei ricercatori medici capisca come determinati prodotti delle droghe i loro effetti, come la fase delle cellule influenza l'efficacia e perché alcuni farmaci lavorano ad alcune celle, ma non su altri,„ Trapnell ha detto.

“I medici egualmente danno a molta gente la stessa manciata di droghe e lavorano per qualche gente e non per altri,„ Trapnell ha aggiunto. “Potenzialmente lo SCI-Plex potrebbe aiutarci meglio a capire perché quello è.„

Trapnell ha detto crede che lo SCI-Plex potrebbe essere uno strumento utile per la medicina di precisione: “Infine quando qualcuno si ammala con cancro, vogliamo uccidere l'intero tumore, tutte celle, non appena alcune delle celle. Così capire perché alcune diverse celle rispondono un modo ad una droga ed altre rispondono diversamente sono critiche a progettare le terapie che saranno completamente efficaci.„

Un vantaggio distinto dello SCI-Plex, i ricercatori celebri, è che può distinguere come un composto pregiudica i sottoinsiemi delle celle. Oltre a quelli che compongono i tumori, tali sottoinsiemi potrebbero anche comprendere i modelli viventi del laboratorio-piatto quali le celle riprogrammate, i organoids e gli embrioni sintetici.

I ricercatori ritengono che la facilità ed il basso costo dei nuclei che sminuzzano, combinati con la flessibilità e la scalabilità dei loro metodi per l'ordinamento unicellulare, potrebbero dare a SCI-Plex molto la ricerca di base e le applicazioni pratiche in biomedicina. Per esempio, potrebbe aiutare in costruzione un atlante completo delle risposte cellulari agli interventi farmaceutici.

“È una strategia molto generalizzabile,„ Srivatsan ha detto. “Può essere eseguita con i reagenti che tutto lo scienziato può acquistare e può essere utilizzata in molti modi.„

Trapnell ha acconsentito. “Sono realmente interessato in come la comunità scientifica unicellulare di genomica prende questa per le cose che non abbiamo preveduto. Quello accade continuamente nel nostro campo. I rivelatori della tecnologia ed i biologi sperimentali repurposing le tecniche in tutti i tipi di modi che i rivelatori originali non hanno preveduto.„

Il lavoro su sciPlex è stato costituito un fondo per dagli istituti della sanità nazionali (concessioni DP1HG007811, R01HG006283), dal W.M. Keck Foundation e dal gruppo di frontiere di Paul Allen.

Tre degli scienziati su questo progetto, nessuno di loro hanno nominato in questo comunicato stampa, interesse finanziario dichiarato sotto forma di proprietà di riserva e l'occupazione in Illumina, Inc. uno o più brevetti file da Illumina o il UW può basato su questo lavoro.

Source:
Journal reference:

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