Това, което започна като разговор в коридора между колеги, сега е „двигател за откриване на нови терапевтични цели в клетките“ благодарение на Medicine by Design, казва Шана Кели, университетски професор във Фармацевтичния факултет на Лесли Дан в Университета в Торонто.

учените

Лабораторията на Кели разработва преносимо устройство, подобно на чип, което използва малки магнити за сортиране на големи популации от смесени типове клетки като част от нейния проект на Medicine by Design team. Тя се чудеше дали устройството може да бъде съчетано с CRISPR-базирана технология за редактиране на гени, разработена от друг ръководител на екипа по медицина, Джейсън Мофат, професор в Центъра за клетъчни и биомолекулярни изследвания в Donnelly. Те разсъждаваха, че двата метода заедно могат да ускорят разресването на човешкия геном за потенциални лекарствени цели. „Небрежно се съгласихме да комбинираме нашите технологии - и това работи невероятно добре“, казва Кели.

„Това е предимството да бъдеш част от динамичната изследователска екосистема на Торонто и медицината по дизайн“, казва Кели. „Никога не бих знаел как да позиционирам тази технология и да я свържа с CRISPR, ако нямах наоколо всички тези страхотни хора, с които да говоря.“

Резултатът от техните съвместни усилия, също в сътрудничество със Стефан Анже, професор по фармация, и Едуард Сарджънт, университетски професор в Катедрата по електротехника и компютърна техника, се нарича MICS за микрофлуидно сортиране на клетки, описано в изследване, публикувано днес в списанието Nature Biomedical Engineering.

MICS ще позволи на изследователите да търсят по-бързо човешкия геном, когато търсят гени и техните протеинови продукти, които могат да бъдат насочени към лекарства.

За един час MICS може да събира скъпоценни редки клетки, в които CRISPR разкри обещаващи лекарствени цели, от голяма и смесена клетъчна популация от Същият експеримент ще отнеме 20-30 часа, като се използва златния стандартен метод на сортиране на базата на флуоресценция.

Изследователите използват CRISPR, за да изключат в клетките всеки от около 20 000 човешки гени и да видят как това влияе на нивата на свързан с болестта протеин, който, да речем, помага за разпространението на рака. Това може да разкрие други генни кандидати и протеините, които те кодират, които работят по същия път и които могат да бъдат насочени с лекарства за премахване на целевия протеин и спиране на рака. Предупреждението е, че генетичните екрани водят до смесени клетъчни популации, като желаният ефект присъства в изчезващо малка част от клетките, които трябва да бъдат извлечени за по-нататъшно проучване. Повечето инструменти за сортиране на клетки използват лазерни лъчи за разделяне на флуоресцентно маркирани клетки, но това отнема време.

MICS работи по-бързо благодарение на малки магнити, проектирани да се свързват с целевия протеин, който оставя клетките поръсени с магнитни частици. Около половината от размера на кредитната карта, повърхността й е изпъстрена с ленти от магнитен материал, които пренасят клетките от единия край на устройството до другия. Веднъж в далечния край, клетките попадат в отделни канали за събиране въз основа на това колко частици носят като прокси за количеството на целевия протеин.

"До един милиард клетки могат да се движат по тази магистрала от магнитни водачи наведнъж и ние можем да я обработим за един час," казва Кели. "Това е огромен играч за екрани на CRISPR."

За да проверят дали MICS може да разкрие нови лекарствени цели, изследователите се фокусираха върху имунотерапията на рака, при която имунната система е проектирана да унищожава туморните клетки. Те търсеха начин да намалят нивата на протеина CD47, който изпраща сигнал "не ме изяждай" към имунната система и често е отвлечен от раковите клетки като начин за избягване на имунното откриване. Други са установили, че блокирането на CD47 директно има вредни странични ефекти, което кара екипа на Medicine by Design да търси гените, които регулират нивата на CD47 протеин.

Екран CRISPR с широк геном разкри ген, наречен QPCTL, който кодира ензим, който помага за маскиране на CD47 от имунната система и който може да бъде блокиран с лекарство, което се предлага на пазара.

"Ако можете да модулирате нивата на CD47, като въздействате на QPCTL, това може да е интересен начин да подведете имунната система да изчисти рака", казва Moffat.

Все още са ранни дни, но Кели и Мофат се надяват на терапевтичния потенциал на QPCTL при рак, може би като начин да накарат макрофагите да насочат туморните клетки. Те също така стартират многолабораторен проект за сътрудничество PEGASUS за Phenotypic Genomic Screening at Scale, който ще разшири технологията за разпит на широк спектър от терапевтични цели.

Що се отнася до регенеративната медицина, MICS ще помогне да се разкрият гените, които активират стволовите клетки, за да се превърнат в специализирани клетъчни типове, което ще улесни събирането на желаните клетъчни типове за терапия.

Въпреки че първоначално екипът на Кели разработи магнитно сортиране на клетки за изолиране на туморни клетки от кръвта, пренасочването му за откриване на целта на лекарството може да има по-широко въздействие, като MICS вече привлича значителен интерес от изследователската общност и индустрията.