Évaluation de la toxicité des produits chimiques à l’aide d’un système de criblage de réaction au sursaut par vibration du poisson-zèbre
12 janvier 2024
Nous décrivons le flux de travail et l’analyse des données d’un système de criblage pour évaluer la toxicité des composés chimiques en fonction de la réponse au sursaut par vibration de l’embryon de poisson-zèbre. Le système enregistre les mouvements des embryons de poisson-zèbre lorsqu’ils sont exposés à un stimulus vibratoire et permet une évaluation intégrée de la toxicité/létalité générale et de la toxicité neuromusculaire.
Lors de l’évaluation de la toxicité des produits chimiques, un défi expérimental actuel consiste à déterminer les effets toxiques in vivo, en tenant compte de la complexité d’un organisme entier, et à le faire de manière rapide et à haut débit. En utilisant une lecture comportementale qui surveille la réponse de fuite des embryons de poisson-zèbre à un stimulus vibratoire, notre système nous permet d’identifier les composés qui interfèrent avec la fonction neuronale ou musculaire. Parce que les embryons morts ne bougent pas, nous capturons également les composés qui causent la létalité par toxicité non spécifique.
Le système que nous présentons peut être construit pour un prix modique et est personnalisable. Il est également facile à entretenir et toutes les pièces peuvent être remplacées. Nous utilisons actuellement le système de test de sursaut au sein du consortium PrecisionTox pour déterminer une dose de composé chimique pour l’acquisition de données OMICS.
Les données sont générées à travers cinq organismes modèles et lignées cellulaires humaines. Ils seront utilisés pour dériver des voies de toxicité et des biomarqueurs pour la prévision de la toxicité humaine.
Aperçu
Cette étude évalue la toxicité de composés chimiques à l'aide de la réponse au sursaut induit par vibration chez l'embryon de poisson zèbre. En surveillant les mouvements des embryons en réponse à des stimuli vibratoires, le système évalue la toxicité neuromusculaire et la létalité générale de divers composés.
Composantes clés de l'étude
Domaine de recherche
- Évaluation de la toxicité
- Neurotoxicologie
- Biologie du développement
Contexte
- Le criblage in vivo de la toxicité est difficile en raison de la complexité de l'organisme.
- Les embryons de poisson zèbre constituent un modèle approprié pour évaluer les effets chimiques.
- Ce travail s'inscrit dans les efforts visant à établir des voies de toxicité pour la prédiction chez l'humain.
Méthodes utilisées
- Des tests comportementaux pour mesurer la réponse de sursaut des embryons de poisson zèbre.
- Les embryons sont incubés et exposés à diverses concentrations de produits chimiques en essai.
- Analyse des données par visualisation des réponses locomotrices et calculs de la concentration de référence.
Résultats principaux
- Identification de composés réduisant la mobilité et provoquant la létalité.
- Quantification de la concentration de référence pour des toxicités spécifiques.
- Mise en évidence du caractère personnalisable et rentable du système.
Conclusions
- Le système identifie efficacement les composés toxiques grâce à un dosage simple et reproductible.
- Contribue à la compréhension des voies de toxicité chimique pertinentes à la fois pour le zebrafish et l'humain.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
Le criblage à haut débit de la toxicité in vivo reste un goulot d'étranglement critique dans la découverte précoce de médicaments et l'évaluation de la sécurité chimique. Le système de réponse au sursaut induit par vibration chez le poisson zèbre permet une évaluation rapide et quantitative de la toxicité neuromusculaire et générale, renforçant la fiabilité prédictive aux stades de validation de la cible et de sélection des candidats. Sa conception modulaire et évolutible répond aux besoins industriels en matière de reproductibilité, d'efficacité coûts et de pertinence translationnelle pour des portefeuilles variés de composés.
Applications stratégiques en recherche et développement biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet l'interrogation fonctionnelle de la toxicité et de la létalité neuromusculaires dans un contexte d'organisme entier.
- Facilite la réduction des risques biologiques en distinguant les effets neuroactifs spécifiques de la cytotoxicité générale.
- Permet d'améliorer la confiance prédictive concernant l'engagement de la cible et les risques de sécurité liés aux interactions hors cible.
Développement de tests et criblage
- Offre un test comportemental normalisé permettant des mesures quantitatives et reproductibles de la toxicité.
- Permet un débit évolutif grâce à un assemblage modulaire et une capture vidéo automatisée.
- Permet une évaluation fiable des composés en ce qui concerne les effets toxiques aigus et sublétaux.
Recherche translationnelle et préclinique
- S'aligne sur les flux de travail multi-espèces en omique pour l'élucidation des voies de toxicité.
- Facilite la découverte de biomarqueurs et assure la continuité translationnelle entre espèces.
- Éclaire les décisions d'avancement ajustées au risque en intégrant des données de toxicité au niveau de l'organisme.
Intégration des pipelines et des flux de travail
Ce test basé sur le poisson zèbre établit un lien entre la découverte précoce et les flux de travail de sécurité préclinique, en fournissant des données de toxicité exploitables avant les études sur les mammifères.
- Biologie de la découverte : Quantifie les phénotypes comportementaux afin de préciser la toxicité mécanistique et l'implication des voies biologiques.
- Écrantage : Fournit des données riches et reproductibles pour le triage et la priorisation de composés.
- Analytique : Génère des valeurs de concentration de référence et des taux d'immobilité pour des analyses comparatives.
- Recherche translationnelle : S'intègre aux approches OMICS et aux pipelines multi-organismes afin de prédire la toxicité humaine.
- Réutilisation en milieu professionnel : La conception modulaire du système permet son adaptation à diverses plates-formes d'écrantage et de sécurité.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans l'évaluation de la toxicité.
- Valeur opérationnelle : Offre une capacité de criblage standardisée, évolutif et rentable.
- Valeur stratégique : Améliore les décisions de poursuite ou d'abandon et réduit l'échec en phase avancée dû à une toxicité imprévue.
- Impact sur le portefeuille : Permet une priorisation ajustée au risque et une allocation efficace des ressources à travers les programmes de découverte.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en élevage de zebrafish et en phénotypage comportemental.
- Requiert une infrastructure de base pour l'imagerie et des outils d'analyse de données (par exemple, VirtualDub, KNIME avec des scripts R).
- Exige une standardisation entre équipes pour la mise en place des tests et les critères d'évaluation.
- Adaptable à diverses classes de composés et à différents paradigmes d'exposition.
- La robustesse du test peut être affectée par la qualité des embryons et la variabilité du développement.
