Una nueva técnica reportada en ciencia esta semana supera varias limitaciones de las pruebas químicas típicas de alto rendimiento realizadas en muestras de células. Dichas pruebas se usan comúnmente para tratar de descubrir nuevos medicamentos contra el cáncer y en muchas otras aplicaciones biomédicas.
La mayoría de las pantallas actuales de esta naturaleza ofrecen una lectura aproximada, como la supervivencia celular, la proliferación o las alteraciones en las formas celulares, o solo un hallazgo molecular específico, como probar si una enzima particular está bloqueada.
Debido a la gran brecha entre esos extremos, la mayoría de los análisis omiten rutinariamente la expresión sutil de genes o los cambios en el estado celular que podrían revelar mecanismos activados dentro de las células perturbadas. Estos análisis también pueden fallar al detectar matices que podrían indicar efectos secundarios inesperados de los medicamentos que se están probandoo reacciones variables entre células genéticamente idénticas al mismo medicamento, o por qué las células se vuelven resistentes al tratamiento que anteriormente funcionaba bien.
Para abordar estas limitaciones, un equipo de investigación que representa muchos campos colaboró para desarrollar una técnica más informativa.
"Esta tecnología en realidad ocupa un nicho entre los dos tipos comunes de ensayos", dijo uno de los investigadores principales, Sanjay R. Srivatsan, un estudiante de doctorado / doctorado en el Programa de Capacitación de Científicos Médicos en la Escuela de la Universidad de Washingtonde Medicina en Seattle: "Se puede obtener una especie de visión global de las respuestas celulares. Creemos que será realmente poderoso clasificar las drogas, por ejemplo, y decir cuál es su mecanismo".
La nueva tecnología combina mejoras en el etiquetado de los núcleos celulares con avances en el perfil de los genes que se expresan en cada una de millones de células. Esto se logró con una resolución de una sola célula y de una manera rentable. Llamaron al nuevo método de detección sci-Plex.
En la edición en línea del 5 de diciembre de ciencia , los investigadores informan sus hallazgos de la prueba de concepto. Los autores principales del artículo, además de Srivatsan, son Jose L. McFaline-Figueroa, becario postdoctoral en ciencias del genoma de la escuela de medicina de la Universidad de Washington; y Vijay Ramani,un ex estudiante de posgrado de ciencias del genoma de la UW que ahora es miembro de la Facultad Sandler en la Universidad de California.
Los investigadores principales fueron Cole Trapnell, profesor asociado de ciencias del genoma de la Facultad de Medicina de la UW e investigador del Instituto Brotman Baty de Medicina de Precisión en Seattle, y Jay Shendure, profesor de ciencias genómicas de la Facultad de Medicina de la UW y director científico del BrotmanInstituto Baty. Shendure también es investigador del Instituto Médico Howard Hughes y dirige el Centro de Descubrimiento del Instituto Allen para el Rastreo del Linaje Celular.
"La técnica sci-Plex nos permite agrupar muchas células genéticamente diferentes y ver qué sucede con muchas células individuales, ya que están perturbadas de muchas maneras diferentes", dijo Trapnell. "Luego recopilamos todos los datos y los analizamos usandoherramientas modernas del aprendizaje automático y la ciencia de datos para comprender algo sobre lo que cada uno de esos medicamentos le hace a las células ".
Para poner a prueba el sci-Plex, los investigadores lo aplicaron a una pantalla utilizando tres tipos de líneas celulares de cáncer leucemia, cáncer de pulmón y cáncer de mama tratados con 180 compuestos utilizados para terapias contra el cáncer, el VIH y las enfermedades autoinmunes.fueron etiquetados con un hashing nuclear de pequeñas cadenas de ADN.
Este hash identifica diferentes células y permite a los científicos mapear qué células recibieron qué droga. En solo un experimento, los investigadores midieron la expresión génica en 650,000 células individuales de más de 5,000 muestras tratadas independientemente.
Los resultados indicaron diferencias significativas en la forma en que algunas de las células cancerosas reaccionaron a compuestos específicos. También revelaron patrones compartidos entre las células con respecto a otras familias químicas, así como algunas propiedades que distinguían a los medicamentos dentro de una familia química.
Los investigadores profundizaron en el modo de acción de una clase de medicamentos contra el cáncer, los inhibidores de HDAC. Vieron que los cambios regulatorios genéticos coincidían con la propuesta de que estos inhibidores detuvieron la proliferación de células cancerosas al bloquear el acceso a una fuente de energía.
Al describir otro aspecto de la investigación, Srivistan dijo: "Fue realmente genial que pudiéramos usar perfiles de expresión génica para clasificar la potencia de los medicamentos. Con cambios en la dosis en cuatro órdenes de magnitud, pudimos ver un aumento suave en la célularespuesta."
En general, los resultados de sci-Plex sugieren que podría ampliarse a miles de muestras para apuntar a diversas vías bioquímicas, catalizadores, reguladores y modos de acción.
"Parte de este trabajo podría pertenecer al tratamiento de la enfermedad, para ayudar a los investigadores médicos a comprender cómo ciertos medicamentos producen sus efectos, cómo la etapa celular influye en la efectividad y por qué algunos medicamentos funcionan en algunas células, pero no en otras", Trapnelldijo.
"Los médicos también le dan a muchas personas el mismo puñado de medicamentos, y funcionan para algunas personas y no para otras", agregó Trapnell. "Potencialmente, sci-Plex podría ayudarnos a comprender mejor por qué".
Trapnell dijo que cree que sci-Plex podría ser una herramienta útil para la medicina de precisión: "En última instancia, cuando alguien se enferma de cáncer, queremos matar todo el tumor, todas las células, no solo algunas de las células. Entonces, comprenda por quéalgunas células individuales responden de una manera a un medicamento y otras responden de manera diferente es fundamental para diseñar terapias que serán completamente efectivas "
Los investigadores anotaron que una ventaja distintiva de sci-Plex es que puede distinguir cómo un compuesto afecta a subconjuntos de células. Además de los que forman tumores, dichos subconjuntos también podrían incluir modelos vivos de placas de laboratorio, como células reprogramadas, organoides y embriones sintéticos.
Los investigadores predicen que la facilidad y el bajo costo del hashing nuclear, combinados con la flexibilidad y escalabilidad de sus métodos para la secuenciación de células individuales, podrían dar a sci-Plex muchas investigaciones básicas y aplicaciones prácticas en biomedicina. Por ejemplo, podría ayudaren la construcción de un atlas integral de respuestas celulares a intervenciones farmacéuticas.
"Es una estrategia muy generalizable", dijo Srivatsan. "Se puede realizar con reactivos que cualquier científico puede adquirir y se puede usar de muchas maneras".
Trapnell estuvo de acuerdo. "Estoy realmente interesado en cómo la comunidad científica de genómica unicelular recoge esto por cosas que no anticipamos. Eso sucede todo el tiempo en nuestro campo. Los desarrolladores de tecnología y los biólogos experimentales están reutilizando las técnicas en todostipos de formas que los desarrolladores originales no imaginaron "
Tres de los científicos en este proyecto, ninguno de ellos mencionado en este comunicado de prensa, declararon interés financiero en forma de propiedad de acciones y empleo en Illumina, Inc. Una o más patentes presentadas por Illumina o la UW pueden abarcar los métodos odatos reportados en el ciencia papel
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Ciencias de la Salud de Washington / Medicina de la Universidad de Washington . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :