表型筛查的进步：药物发现的转折点？比利时罗马尼亚比分直播

比利时罗马尼亚比分直播药物发现方法可以广泛分为两类 - 基于目标和表型筛选。从历史上看，选择了药物是为了可见（或感知到的）健康益处，并在1900年代初获得了系统的表型分析。到1990年代后期，基于目标的药物发现主导了制药行业，这是建立在比利时罗马尼亚比分直播分子生物学进步的基础上的。

今天，很容易检测到不满意毒品发现成比利时罗马尼亚比分直播功率；尽管技术进步和对药品研发的投资不断增加，但仍有稳定衰退在进入临床开发并进入市场的新药数量中。从2006年至2015年，从I期到美国FDA批准的总体可能性仅为9.6％（基于A生物报告临床发展成功率的n = 9985）。虽然转向基于目标的药物发现并不是这种效率低下的唯一解释，但有一个比利时罗马尼亚比分直播共识我们过于严格依赖关于目标或途径与疾病的关系的假设（淀粉样β假设是一个经典的例子）。

基于目标和表型药物发现方法之间的选择并不是“一个或另一个”的情况，因为现实位于凌乱的中间。比利时罗马尼亚比分直播但是，现在迫切需要纳入确认生物系统复杂性的研究模型和技术。在本文中，我们探讨了与基于细胞的表型筛查有关的最新发展，讨论良好的表型药物筛查的要素，并发现这些方法如何帮助提供更准确的药物筛查生物学环境。

什么是基于细胞的表型筛选？

在药物发现的背景下，基于细胞的表型测比利时罗马尼亚比分直播定是复合筛选系统，其重点是调节细胞表型，这种方式与疾病具有生物学相关。尽管表型筛选主要用于复合筛选，但它也用于一般研究中，例如研究基因敲除和过表达，或比较单个患者样本。以最纯粹的形式表型筛选识别产生理想的生物学作用的化合物，而没有事先了解其活动或针对特定靶标的作用方式。Broad Institute的一位高级计算生物学家说，实际上，表型筛查项目并不总是针对目标不足的。贝丝·西米尼（Beth Cimini）博士：“有一个频谱；您可以拥有一个具有表型组件的目标测定，您可以将纯粹专注于目标的目标分析，也可以在根本没有目标的地方进行测定。”

研究人员希望表型筛查能够更好地预测具有治疗价值的化合物，因为在基于细胞（或基于组织或全生物的基于组织或全生物）模型中可以观察到相关和可测量的变化，该模型模仿了疾病的某些方面。表型药物筛查利用核染料，免疫组织化学和其他工具来观察表型变化，例如与细胞形态相关的变化（包括核或其他细胞器），空间排列（模式和间距），特定蛋白质/S的产生，基因，基因，基因，基因表达或细胞死亡。有时，疾病的标志与可以轻松筛选的表型相对应，并将基础的分子事件用作代理。

是什么使一个好的表型药物屏幕？

从根本上讲，良好表型药物筛选的最重要特征是其可翻译性，即筛查测定方法预测对药物的临床治疗反应的能力。但是这在实践中意味着什么？在对临床试验进行深入投资之前，我们怎么知道表型药物筛查是否是一个好筛查？2015年Vincent等。创造了表型筛选“ 3规则”，并强调了三个特定标准，以帮助设计最预测的表型测定：

• 系统：测定与该疾病有多相关？细胞是分析的合适选择吗？
• 刺激：刺激与疾病有多相关？理想情况下，表型测定将使用高度相关的细胞，例如结合了引起疾病遗传改变的患者衍生细胞。在不可能的情况下，可以做出“最佳猜测”努力，例如使用炎症或细胞毒性剂来重现感兴趣的细胞损伤。
• 端点：测定读数与临床终点的关系如何？使用小型化版本的临床终点的测定法，因为测定读数比不接近复制密钥的测定读数优先体内疾病表型。

患者衍生的类器官为个性化医学带来了希望

满足对更复杂的细胞模型的需求，以更好地概括体内生理，已经出现了一系列的微生物生理系统。与二维细胞单层相反，微生物生理系统可以具有关键的生物学刺激，包括机械线索（例如剪切应力和拉伸），三维微环境，持续浓度梯度以及多种细胞类型之间的相互作用。这些系统（被描述为芯片上的器官，器官，3D球体和静态微图案技术）使用微工程技术，药物输送和/或传感工具来检查药物和/或微环境对活细胞的影响。人类器官是三维多细胞体外组织结构，可作为药物发现和研究人类特异性疾病机制的工具。比利时罗马尼亚比分直播他们因其模仿器官的某些功能而受到青睐，并且可以源自诱导的多能干细胞或供体组织。

肠癌从直肠活检已用于研究遗传性疾病，例如囊性纤维化。在荷兰Hubrecht研究所的Clevers实验室中，研究人员一直在寻求一种侵入性的器官发展方法。使用在囊性纤维化患者尿液中发现的肾脏衍生细胞，Schutgens等。（2019）报告了代表近端和远端肾单位段的原代肾小管上皮器官的发展。在囊性纤维化中，突变CFTR（囊性纤维化跨膜电导调节剂）基因损害了在一系列上皮的离子和液体转运的功能。证明小管的适合性离体评估治疗功效，该小组执行Forskolin肿胀测定法。

CLEVERS实验室中的博士生Maarten Geurts解释了该测定方法如何评估器官中的药物反应：“在健康的肠道器官中添加福斯科林，导致（CFTR依赖）在一小时内肿胀反应，而这是如此CF患者衍生的类器官不存在反应。我们可以通过监测这些药物向类器官中添加这些药物后，通过监测福斯科蛋白诱导的肿胀反应来测试CFTR恢复药物。由于微管糖体显示出与Forskolin的相似反应，并且可以从尿液中得出，因此它们可以是以患者特异性方式测试CFTR恢复药物的侵入性模型。”

与文森特的“ 3规则”保持一致，有一个强大的相关性在CFTR-HITORION药物对肿胀反应的恢复与个别患者的临床反应之间。盖尔特（Geurts）指出，当患者开始服用实验室中鉴定出的潜在有益药物时，该小组对其基于细胞的表型筛查测定法的翻译相关性具有信心：

“我们在实验室中进行的基于细胞的表型药物筛查测定法的最佳方法是直接在患者中使用潜在相关药物。我们从具有不同突变的患者中衍生CFTR基因并通过福斯科林引起的肿胀测定法显示了Orkambi ® （Lumacaftor/ivacaftor）导致器官肿胀，表明患者有有益的反应。该患者开始服用lumacaftor/ivacaftor之后，他的症状大大降低，表明我们体外表型药物筛查可以直接转化为患者。”

用形态分析铸造网宽

对于所需表型尚不清楚的疾病，有些人认为基于图像的高素质筛查将提供价值，数百万美元协作正在启动以证明这一点。与常规筛选分析相反，该测定的重点是量化少数预选特征，形态学“分析”施放更广泛的网络，以基于细胞形态来收集见解 - 潜在的数据源。此后，担心单个人口平均读数的测定可能会产生较差的质量，因此有所增加努力在单个单元格的级别上绘制多个参数并改善图像处理，传统上这是一项非常耗时的练习。现在，显微镜和图像分析可以自动化，从而实现高含量筛选和分析的偏差较小。

这细胞绘画测定，由研究人员共同开发木匠和Schreiber麻省理工学院和哈佛大学广泛研究所的实验室可以从每个染色和成像细胞中产生大约1500个形态特征。测得的特征被整合到形态学特征中，包括八个标记的细胞器的染色强度，纹理图案，大小和形状，以及跨通道之间的污渍之间的相关性以及细胞之间和细胞内结构之间的邻接关系（图1）。虽然大多数发表的分析方法仅使用三种染料，但细胞绘画测定法使用六个荧光污渍，以五个通道成像。

图1.从单个细胞绘画测定中提取的具有特定细胞器的图像样本（右下角）。图像由布罗德研究所Cimini博士提供。

Cimini是共同领导的发展CellProfiler ™ ，一种用于形态特征提取的免费和开源细胞图像分析软件，并指出：“表型分析的最大优势是能够便宜，轻松地进行操作，然后能够建立关联。”然后，这些关联可用于选择可以从更专注的筛选方法中受益的化合物。至此，Cimini突出显示了学习重新使用了来自单个高通量成像测定法的数据以预测其他（更昂贵或低通量）测定中化合物的生物学活性，从而将命中率提高50至250倍。

我们目睹了一个转折点吗？

总结最近遗传学家阿德里安·伯德爵士（Adrian Bird）爵士“生物学已成为一个巨大的画布” - 表型筛查也不例外。表型筛查工具包继续从微生物生理系统和形态学分析到基因编辑技术重现疾病状态体外， 到基于图像的机器学习模型它可以根据图像中嵌入的表型特征来预测复合活动。希望我们将回顾这段时间作为一个转折点，在药物筛查期间提取更多生物学相关信息的努力转化为诊所的成功率提高。