Комби

Nov 13, 2023

Nature Communications, том 13, номер статьи: 4450 (2022 г.) Цитировать эту статью

9353 Доступа

5 цитат

127 Альтметрика

Подробности о метриках

Противораковая терапия часто дает лишь краткосрочный эффект. Опухоли обычно развивают устойчивость к лекарствам, вызывая рецидивы, которые можно лечить с помощью комбинаций лекарств. Идентификация правильной комбинации является сложной задачей, и было бы полезно провести комбинаторный скрининг с высоким содержанием и высокой пропускной способностью непосредственно на биопсиях пациентов. Однако такие скрининги требуют большого количества материала, которого обычно нет у пациентов. Чтобы решить эти проблемы, мы представляем масштабируемый микрофлюидный рабочий процесс под названием Combi-Seq для скрининга сотен комбинаций лекарств в каплях размером в пиколитр с использованием изменений транскриптома в качестве индикатора воздействия лекарств. Мы разрабатываем детерминистический комбинаторный подход к штрихкодированию ДНК для кодирования условий лечения, позволяющий считывать эффекты лекарств на основе экспрессии генов в высокомультиплексной форме. Мы применяем Combi-Seq для проверки влияния 420 комбинаций лекарств на транскриптом клеток K562, используя только ~ 250 капель отдельных клеток на каждое условие, чтобы успешно прогнозировать синергические и антагонистические пары лекарств, а также их активность.

Несмотря на значительный прогресс, достигнутый за последние десятилетия, рак остается основной причиной смертности. Наше более глубокое понимание молекулярной основы рака привело к разработке таргетной терапии. Эти методы лечения до сих пор обеспечивали ограниченную эффективность и только у небольшой группы пациентов1, несмотря на значительные усилия по геномной характеристике пациентов с целью поиска биомаркеров ответа.

Подход, который обещает улучшить эту ситуацию, заключается в дополнении крупногеномного профилирования в базальных условиях измерениями после воздействия на раковые клетки лекарствами2. Хотя для проведения скрининга лекарств можно использовать множество подходов, они часто имеют низкую производительность3, требуют больших затрат и времени4 и/или требуют большого количества клеток5, что в совокупности сильно ограничивает количество потенциальных лекарств, которые могут быть проверены при биопсии опухоли. Это ограничение становится более выраженным при рассмотрении комбинаций лекарств из-за огромного количества потенциальных комбинаций, которое экспоненциально увеличивается с количеством протестированных лекарств.

Из-за ограниченных возможностей скрининга были разработаны вычислительные подходы к моделированию лекарственного взаимодействия6. Хотя модели эффективности лекарств за последние годы улучшились за счет увеличения доступных ресурсов данных, прогнозы реакции на лекарства остаются сложными и ограничиваются хорошо охарактеризованными системами, такими как клеточные линии, что ограничивает их применимость в клиниках. Было показано, что среди различных типов данных состояние экспрессии генов в клетках с высокой степенью прогнозирования реакции на лекарство7. Кроме того, ценным ресурсом оказались хранилища данных об изменениях транскрипции, вызванных лекарствами, такие как LINCS8. Хотя уже существуют платформы для скрининга возмущений, доступные в планшетах для объемной9,10 и одноклеточной11,12 транскриптомики, они обычно требуют большого количества клеток для каждого тестируемого условия, и они не использовались для скрининга комбинаций лекарств. Таким образом, интеграция транскриптомных показаний в миниатюрную комбинаторную платформу для скрининга лекарств, способную проверять биопсию опухолей, позволит делать более точные прогнозы и улучшит наше понимание механизма действия синергических и антагонистических взаимодействий лекарств.

Микрофлюидика на основе капель, в которой капли размером от пиколитра до нанолитра используются в качестве реакционных сосудов для проведения клеточного скрининга, обеспечивает многообещающий подход для достижения этой цели. Благодаря миниатюризации на несколько порядков по сравнению с традиционными пластинчатыми скринингами количество лекарств или комбинаций лекарств можно значительно увеличить при работе с низким количеством входных клеток13. Ранее мы продемонстрировали первый шаг в этом направлении, интегрировав клапаны Брайля в капельную микрофлюидную систему для создания комбинаций лекарств в так называемых пробках (большие капли ~ 500 нл), хранящихся последовательно в трубках14. Пробки использовались для прямого скрининга 56 вариантов комбинаторного лечения на основе биопсии опухоли поджелудочной железы, чтобы найти наиболее мощные пары лекарств с использованием фенотипических показателей апоптоза. Хотя наш предыдущий подход обеспечил первое подтверждение концепции прямого скрининга материала пациентов, все еще относительно большие объемы в 500 нл ограничивали количество протестированных пар лекарств. Более того, анализ апоптоза дает только одну конечную точку с ограниченным пониманием механизма действия пар лекарств, что может значительно улучшить наше понимание и предсказуемость комбинаций лекарств для борьбы с механизмами устойчивости.