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Cribado fenotípico

La detección fenotípica es un tipo de detección utilizada 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 de un organismo de la manera deseada. [1] El cribado fenotípico debe ir seguido de identificación (a veces denominada deconvolución del objetivo) y validación, [2] a menudo mediante el uso de 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 analizan en modelos de enfermedades celulares o animales para identificar compuestos que causan un cambio deseable en el fenotipo. Sólo después de que se han descubierto los compuestos se hacen esfuerzos para determinar los objetivos biológicos de los compuestos, un proceso conocido como deconvolución de objetivos. Esta estrategia general se conoce como " farmacología clásica ", "farmacología avanzada" o "descubrimiento de fármacos fenotípicos" (PDD). [4]

Más recientemente se ha vuelto popular desarrollar la hipótesis de que un determinado objetivo biológico modifica la enfermedad y luego buscar compuestos que modulen la actividad de este objetivo purificado. Posteriormente, 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 un número desproporcionado de medicamentos de primera clase con nuevos mecanismos de acción provienen de la detección fenotípica [6], lo que ha llevado a un resurgimiento del interés en este método. [1] [7] [8]

Tipos

in vitro

Las pruebas fenotípicas más simples emplean líneas celulares y monitorean un solo parámetro, como la muerte celular o la producción de una proteína particular. También se utiliza a menudo el cribado de alto contenido en el que se pueden controlar simultáneamente los cambios en la expresión de varias proteínas. [9] [10] Las imágenes de alto contenido de componentes celulares marcados con tintes también pueden revelar efectos de compuestos en cultivos celulares in vitro, distinguiendo los efectos fenotípicos de una amplia variedad de fármacos. [11]

En vivo

En los enfoques basados ​​en animales completos, el cribado fenotípico se ejemplifica mejor cuando se evalúa el beneficio terapéutico potencial de una sustancia en muchos tipos diferentes de modelos animales que representan diferentes estados patológicos. [12] La detección fenotípica 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 la detección 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 detección fenotípica 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]

La detección en organismos modelo ofrece la ventaja de interrogar agentes de prueba, o alteraciones en objetivos de interés, en el contexto de sistemas biológicos ensamblados y completamente integrados, proporcionando conocimientos que de otro modo no podrían obtenerse en sistemas celulares. Algunos han argumentado que los sistemas celulares no pueden modelar adecuadamente los procesos de enfermedades humanas que involucran muchos tipos de células diferentes en muchos sistemas de órganos diferentes y que este tipo de complejidad solo puede emularse en organismos modelo. [14] [15] La productividad del descubrimiento de fármacos mediante la detección fenotípica en organismos, incluidos los hallazgos fortuitos en la clínica, son consistentes con esta noción. [6] [16]

Uso en reposicionamiento de medicamentos.

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

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

Investigación colaborativa

La empresa farmacéutica Eli Lilly ha formalizado esfuerzos de colaboración con varios terceros destinados a realizar un cribado fenotípico de moléculas pequeñas seleccionadas. [19]

Referencias

  1. ^ ab Kotz J (abril de 2012). "Cribado fenotípico, toma dos". Intercambio Ciencia-Empresa . 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". Descubrimiento de fármacos hoy . 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". Reseñas de la naturaleza. Descubrimiento de medicamento . 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". Revista de Química Medicinal . 55 (10): 4527–4538. doi :10.1021/jm201649s. PMID  22409666.
  6. ^ abc Swinney DC, Anthony J (junio de 2011). "¿Cómo se descubrieron nuevos medicamentos?". Reseñas de la naturaleza. Descubrimiento de medicamento . 10 (7): 507–519. doi :10.1038/nrd3480. PMID  21701501. S2CID  19171881.
  7. ^ Zheng W, Thorne N, McKew JC (noviembre de 2013). "Las pruebas fenotípicas como un enfoque renovado para el descubrimiento de fármacos". Descubrimiento de fármacos hoy . 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 el cribado fenotípico 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). Proyección de altos contenidos: ciencia, técnicas y aplicaciones . Nueva York: Wiley-Interscience. ISBN 978-0-470-03999-1.
  10. ^ Giuliano KA, Haskins JR, ed. (2010). Detección de alto contenido: un enfoque potente para la biología celular de sistemas y el descubrimiento de fármacos . Totowa, Nueva Jersey: Humana Press. ISBN 978-1-61737-746-4.
  11. ^ Willis C, Nyffeler J, Harrill J (agosto de 2020). "Perfil fenotípico de sustancias químicas de referencia en tipos de células biológicamente diversas mediante el ensayo de pintura celular". Descubrimiento de SLAS . 25 (7): 755–769. doi : 10.1177/2472555220928004 . PMC 9710725 . PMID  32546035. S2CID  219726081. 
  12. ^ ab Barrett MJ, Frágil DE, ed. (2012). "Detección fenotípica en vivo para identificar indicaciones nuevas e imprevistas de fármacos existentes y candidatos a fármacos". "Reposicionamiento de medicamentos: dar nueva vida a los activos archivados y a los medicamentos existentes" . Hoboken, Nueva Jersey: John Wiley & Sons. págs. 253–290. doi :10.1002/9781118274408.ch9. ISBN 978-0-470-87827-9.
  13. ^ Wheeler GN, Tomlinson RA (2012). "Pantallas fenotípicas con organismos modelo" . Nueva York, Nueva York: Cambridge University Press. ISBN 978-0521889483.
  14. ^ Hellerstein MK (abril de 2008). "Explotación de la complejidad y la solidez de la arquitectura de red para el descubrimiento de fármacos". La Revista de Farmacología y Terapéutica Experimental . 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®: un mecanismo imparcial de plataforma in vivo para la detección fenotípica y el reposicionamiento de fármacos". Descubrimiento de fármacos hoy: estrategias terapéuticas . 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". Mundo del descubrimiento de fármacos. 6 de abril de 2015 . Consultado el 1 de mayo de 2015 .
  19. ^ "Descubrimiento de fármacos de innovación abierta: ¿qué son PD2 y TargetD2?". Eli Lilly & Compañía. Archivado desde el original el 30 de enero de 2012 . Consultado el 4 de junio de 2012 .

Otras lecturas