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Cribado fenotípico

El cribado fenotípico es un tipo de cribado utilizado en la investigación biológica y el descubrimiento de fármacos para identificar sustancias como moléculas pequeñas , péptidos o ARNi que alteran el fenotipo de una célula o un organismo de la manera deseada. [1] El cribado fenotípico debe ir seguido de la identificación (a veces denominada deconvolución del objetivo) y la validación, [2] a menudo mediante el uso de la quimioproteómica , para identificar los mecanismos a través de los cuales funciona un impacto fenotípico. [3]

Contexto histórico

Históricamente, el cribado fenotípico ha sido la base para el descubrimiento de nuevos fármacos. [4] Los compuestos se examinan en modelos de enfermedades animales o celulares para identificar compuestos que provoquen un cambio deseable en el fenotipo. Solo después de que se han descubierto los compuestos se realizan esfuerzos para determinar los objetivos biológicos de los compuestos, un proceso conocido como deconvolución del objetivo. Esta estrategia general se conoce como " farmacología clásica ", "farmacología avanzada" o "descubrimiento fenotípico de fármacos" (PDD). [4]

Más recientemente, se ha vuelto popular desarrollar una hipótesis de que un objetivo biológico determinado modifica la enfermedad y luego buscar compuestos que modulen la actividad de este objetivo purificado. Después, estos compuestos se prueban en animales para ver si tienen el efecto deseado. Este enfoque se conoce como " farmacología inversa " o "descubrimiento de fármacos basado en objetivos" (TDD). [5] Sin embargo, un análisis estadístico reciente revela que una cantidad desproporcionada de fármacos de primera clase con mecanismos de acción novedosos provienen del cribado fenotípico [6], lo que ha llevado a un resurgimiento del interés en este método. [1] [7] [8]

Tipos

In vitro

Las pruebas fenotípicas más sencillas emplean líneas celulares y controlan un único parámetro, como la muerte celular o la producción de una proteína en particular. También se suele utilizar la prueba de alto contenido, en la que se pueden controlar simultáneamente los cambios en la expresión de varias proteínas. [9] [10] La obtención de imágenes de alto contenido de componentes celulares marcados con colorante también puede revelar los efectos de los compuestos en cultivos celulares in vitro, lo que permite distinguir los efectos fenotípicos de una amplia variedad de fármacos. [11]

En vivo

En los enfoques basados ​​en animales completos, el mejor ejemplo de cribado fenotípico es cuando se evalúa una sustancia para determinar su posible beneficio terapéutico en muchos tipos diferentes de modelos animales que representan diferentes estados de enfermedad. [12] El cribado fenotípico en sistemas basados ​​en animales utiliza organismos modelo para evaluar los efectos de un agente de prueba en sistemas biológicos completamente ensamblados. Los organismos de ejemplo utilizados para el cribado de alto contenido incluyen la mosca de la fruta ( Drosophila melanogaster ), el pez cebra ( Danio rerio ) y los ratones ( Mus musculus ). [13] En algunos casos, el término cribado fenotípico se utiliza para incluir los hallazgos fortuitos que ocurren en entornos de ensayos clínicos, particularmente cuando se descubren efectos terapéuticos nuevos e imprevistos de un candidato terapéutico. [6]

El cribado en organismos modelo ofrece la ventaja de interrogar a los agentes de prueba o las alteraciones en los objetivos de interés en el contexto de sistemas biológicos completamente integrados y ensamblados, lo que proporciona información que de otro modo no se podría obtener en sistemas celulares. Algunos han argumentado que los sistemas basados ​​en células no pueden modelar adecuadamente los procesos patológicos humanos que involucran muchos tipos de células diferentes en muchos sistemas orgánicos diferentes y que este tipo de complejidad solo se puede emular en organismos modelo. [14] [15] La productividad del descubrimiento de fármacos mediante el cribado fenotípico en organismos, incluidos los hallazgos fortuitos en la clínica, son coherentes con esta noción. [6] [16]

Uso en reposicionamiento de fármacos

Los métodos de detección fenotípica basados ​​en animales no son tan adecuados para la detección de bibliotecas que contienen miles de moléculas pequeñas. Por lo tanto, estos métodos han encontrado mayor utilidad en la evaluación de fármacos ya aprobados o candidatos a fármacos en etapa avanzada para el reposicionamiento de fármacos . [12]

Varias empresas, entre ellas Melior Discovery , [17] [18] Phylonix y Sosei, se han especializado en el uso de la detección fenotípica en modelos de enfermedades animales para el posicionamiento de fármacos. Muchas otras empresas participan en enfoques de investigación de detección fenotípica, entre ellas Eurofins Discovery Phenotypic Services, Evotec , Dharmacon, Inc. , ThermoScientific , Cellecta y Persomics .

Investigación colaborativa

La compañía farmacéutica Eli Lilly ha formalizado esfuerzos de colaboración con varios terceros destinados a realizar la detección fenotípica de pequeñas moléculas seleccionadas. [19]

Referencias

  1. ^ ab Kotz J (abril de 2012). "Cribado fenotípico, segunda parte". Science-Business EXchange . 5 (15): 380. doi : 10.1038/scibx.2012.380 .
  2. ^ Wilkinson IV, Terstappen GC, Russell AJ (septiembre de 2020). "Combinación de estrategias experimentales para una deconvolución de objetivos exitosa". Drug Discovery Today . 25 (11): 1998–2005. doi :10.1016/j.drudis.2020.09.016. PMID  32971235. S2CID  221914342.
  3. ^ Moellering RE, Cravatt BF (enero de 2012). "Cómo la quimioproteómica puede permitir el descubrimiento y desarrollo de fármacos". Química y biología . 19 (1): 11–22. doi :10.1016/j.chembiol.2012.01.001. PMC 3312051 . PMID  22284350. 
  4. ^ ab Vincent F, Nueda A, Lee J, Schenone M, Prunotto M, Mercola M (mayo de 2022). "Descubrimiento de fármacos fenotípicos: éxitos recientes, lecciones aprendidas y nuevas direcciones". Nature Reviews. Descubrimiento de fármacos . doi :10.1038/s41573-022-00472-w. PMC 9708951. PMID 35637317.  S2CID 249201045  . 
  5. ^ Lee JA, Uhlik MT, Moxham CM, Tomandl D, Sall DJ (mayo de 2012). "El descubrimiento de fármacos fenotípicos modernos es una estrategia farmacéutica neoclásica viable". Journal of Medicinal Chemistry . 55 (10): 4527–4538. doi :10.1021/jm201649s. PMID  22409666.
  6. ^ abc Swinney DC, Anthony J (junio de 2011). "¿Cómo se descubrieron nuevos medicamentos?". Nature Reviews. Drug Discovery . 10 (7): 507–519. doi :10.1038/nrd3480. PMID  21701501. S2CID  19171881.
  7. ^ Zheng W, Thorne N, McKew JC (noviembre de 2013). "Pruebas fenotípicas como un enfoque renovado para el descubrimiento de fármacos". Drug Discovery Today . 18 (21–22): 1067–1073. doi :10.1016/j.drudis.2013.07.001. PMC 4531371 . PMID  23850704. 
  8. ^ Brown DG, Wobst HJ (marzo de 2020). "Oportunidades y desafíos en la detección fenotípica para la investigación de enfermedades neurodegenerativas". Revista de química medicinal . 63 (5): 1823–1840. doi :10.1021/acs.jmedchem.9b00797. PMID  31268707. S2CID  195798523.
  9. ^ Haney SA, ed. (2008). Cribado de alto contenido: ciencia, técnicas y aplicaciones . Nueva York: Wiley-Interscience. ISBN 978-0-470-03999-1.
  10. ^ Giuliano KA, Haskins JR, ed. (2010). Cribado de alto contenido: un enfoque eficaz para la biología celular de sistemas y el descubrimiento de fármacos . Totowa, NJ: Humana Press. ISBN 978-1-61737-746-4.
  11. ^ Willis C, Nyffeler J, Harrill J (agosto de 2020). "Perfiles fenotípicos de sustancias químicas de referencia en tipos de células biológicamente diversos mediante el ensayo de pintado celular". SLAS Discovery . 25 (7): 755–769. doi : 10.1177/2472555220928004 . PMC 9710725 . PMID  32546035. S2CID  219726081. 
  12. ^ ab Barrett MJ, Frail DE, ed. (2012). "PhenotypicIn VivoScreening to Identify New, Unpredicted Indications for Existing Drugs and Drug Candidates" (Examen fenotípico in vivo para identificar indicaciones nuevas e imprevistas para fármacos existentes y candidatos a fármacos). Reposicionamiento de fármacos: dar nueva vida a activos en desuso y fármacos existentes . Hoboken, NJ: John Wiley & Sons. págs. 253–290. doi :10.1002/9781118274408.ch9. ISBN 978-0-470-87827-9.
  13. ^ Wheeler GN, Tomlinson RA (2012). Análisis fenotípicos con organismos modelo . Nueva York, NY: Cambridge University Press. ISBN 978-0521889483.
  14. ^ Hellerstein MK (abril de 2008). "Explotación de la complejidad y la robustez de la arquitectura de red para el descubrimiento de fármacos". The Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics . 325 (1): 1–9. doi :10.1124/jpet.107.131276. PMID  18202293. S2CID  36819512.
  15. ^ Hellerstein MK (enero de 2008). "Una crítica del paradigma de descubrimiento de fármacos basado en objetivos moleculares basado en principios de control metabólico: ventajas del descubrimiento basado en vías". Ingeniería metabólica . 10 (1): 1–9. doi :10.1016/j.ymben.2007.09.003. PMID  17962055.
  16. ^ Saporito MS, Reaume AG (2011). "theraTRACE®: Una plataforma in vivo sin sesgo en cuanto a mecanismos para la detección fenotípica y el reposicionamiento de fármacos". Drug Discovery Today: Therapeutic Strategies . 8 (2): 89–95. doi :10.1016/j.ddstr.2011.06.002.
  17. ^ "Sitio web de Melior Discovery".
  18. ^ "Reutilización, reposicionamiento y rescate de fármacos terapéuticos, parte II: revisión empresarial". Drug Discovery World. 6 de abril de 2015. Consultado el 1 de mayo de 2015 .
  19. ^ "Descubrimiento de fármacos en innovación abierta: ¿qué son PD2 y TargetD2?". Eli Lilly & Company. Archivado desde el original el 30 de enero de 2012. Consultado el 4 de junio de 2012 .

Lectura adicional