הערכת רעילות של כימיקלים באמצעות מערכת סינון תגובת בהלה לרטט של דגי זברה
12 בינואר 2024
אנו מתארים את זרימת העבודה וניתוח הנתונים של מערכת סינון להערכת רעילות של תרכובות כימיות בהתבסס על תגובת הבהלה של רטט עובר דג הזברה. המערכת מתעדת את תנועותיהם של עוברי דגי זברה בחשיפה לגירוי רטט ומאפשרת הערכה משולבת של רעילות/קטלניות כללית ורעילות עצבית-שרירית.
בעת סינון כימיקלים לרעילות, אתגר ניסיוני נוכחי הוא קביעת ההשפעות הרעילות in vivo, תוך התחשבות במורכבות של אורגניזם שלם, ולעשות זאת באופן מהיר בתפוקה גבוהה. על ידי שימוש בקריאה התנהגותית המנטרת את תגובת הבריחה של עוברי דגי זברה לגירוי רטט, המערכת שלנו מאפשרת לנו לזהות תרכובות המפריעות לתפקוד עצבי או שרירי. מכיוון שעוברים מתים אינם זזים, אנו לוכדים גם תרכובות הגורמות לקטלניות על ידי רעילות לא ספציפית.
המערכת שאנו מציגים ניתנת לבנייה במחיר צנוע וניתנת להתאמה אישית. הוא גם קל לתחזוקה וניתן להחליף את כל החלקים. אנו משתמשים כעת במערכת בדיקת הבהלה בתוך קונסורציום PrecisionTox כדי לקבוע מינון תרכובת כימית לרכישת נתוני OMICS.
הנתונים מופקים על פני חמישה אורגניזמים מודל וקווי תאים אנושיים. הם ישמשו להפקת מסלולי רעילות וסמנים ביולוגיים לחיזוי רעילות אנושית.
סקירה כללית
מחקר זה מעריך רעילות של תרכובות כימיות באמצעות תגובת בהלה לרעידה של עוברי דג זבוב. באמצעות ניטור תנועות העוברים בתגובה לגירויי רעידה, המערכת מעריכה רעילות נוירו-שרירית וקטלניות כללית של תרכובות שונות.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המחקר
- סריקת רעילות
- נוירו-טוקסיקולוגיה
- ביולוגיה התפתחותית
רקע
- סריקת רעילות in vivo היא מאתגרת בשל מורכבות האורגניזם.
- עוברי דג זברה מהווים מודל מתאים להערכת השפעות כימיות.
- העבודה היא חלק ממאמצים לגזור נתיבי רעילות לצורך חיזוי בבני אדם.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- בדיקות התנהגותיות למדידת תגובת ההבהלה של עוברים של דגי זברה.
- העוברים מדגירים ונחשפים לריכוזים שונים של כימיקלים הנבדקים.
- ניתוח נתונים באמצעות ויזואליזציה של תגובות תנועה וחישוב ריכוזי ייחוס (benchmark concentration).
תוצאות עיקריות
- זיהוי תרכובים המפחיתים את התנועתיות וגורמים לתמותה.
- כימות ריכוז הייחוס לרעילות ספציפית.
- הוכחה כי המערכת ניתנת להתאמה אישית ויעילה מבחינה כלכלית.
מסקנות
- המערכת מזהה תרכובות רעילות ביעילות באמצעות בדיקה פשוטה וניתנת לשחזור.
- תורמת להבנת נתיבים של רעילות כימית הרלוונטיים הן לדגי זהב והן לבני אדם.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
סריקת רעילות in vivo בתפוקה גבוהה נותרה צוואר בקבוק קריטי בשלבים מוקדמים של גילוי תרופות והערכת בטיחות כימית. מערכת התגובה להבהלה מרעידה בדגי zebrafish מאפשרת הערכה כמותית ומהירה של רעילות נוירומסקולרית וכללית, ובכך תומכת בביטחון ניבוי בשלבי תיקוף המטרה ומיון המולקולות המובילות (lead triage). העיצוב המודולרי והניתן להרחבה של המערכת תואם את צרכי הארגון לשחזוריות, יעילות כלכלית ורלוונטיות תרגומית על פני פורטפולים מגוונים של תרכובות.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בחינה פונקציונלית של רעילות נוירו-שרירית ותמותה בהקשר של אורגניזם שלם.
- תומך בהפחתת סיכונים ביולוגיים על ידי הבחנה בין השפעות נוירו-אקטיביות ספציפיות לבין ציטוטוקסיות כללית.
- מסייע בביסוס ביטחון חזוי לגבי מעורבות המטרה (target engagement) וחבויות בטיחותיות של השפעות חוץ-מטרה (off-target safety liabilities).
סריקה ופיתוח בדיקות (Assay Development)
- מספק בדיקה התנהגותית סטנדרטית לקבלת תוצאות רעילות כמותיות הניתנות לשחזור.
- מאפשר תפוקה הניתנת להרחבה באמצעות הרכבה מודולרית ותפיסת וידאו אוטומטית.
- מאפשר הערכה רהוטה של תרכובות עבור השפעות רעילות חריפות ותת-לסאלות (sublethal).
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתואם עם תזרימי עבודה של OMICS מרובי-מינים להברה של מסלולי רעילות.
- תומך בגילוי סמנים ביולוגיים ובהמשכיות תרגומית בין מינים.
- מספק בסיס להחלטות קידום מותאמות-סיכון באמצעות שילוב נתוני רעילות ברמת האורגניזם.
שילוב תהליכי עבודה וצינורות עיבוד
בדיסה זו, המבוססת על דגי זברה, מגשרת בין שלבי הגילוי המוקדמים לבין תהליכי העבודה של בטיחות פרה-קלינית, ומספקת נתוני רעילות שמישים לפני מחקרים ביונקים.
- ביולוגיית גילוי: מכמת פנוטיפים התנהגותיים כדי להבהיר רעילות מכניסטית ומעורבות של מסלולים ביולוגיים.
- סריקה: מספקת תוצרי תוכן גבוהה (high-content) הניתנים לשחזור לצורך מיון ותיעוד עדיפויות של תרכובות.
- אנליזה: מייצרת ערכי ריכוז ייחוס ושיעורי חוסר ניידות לצורך ניתוח השוואתי.
- מחקר תרגומי: משתלב עם נתוני OMICS וצינורי עבודה של אורגניזמים רב-מודליים לחיזוי רעילות בבני אדם.
- שימוש חוזר ארגוני: תכנון מערכתי מודולרי תומך בהתאמה למגוון פלטפורמות סריקה ובטיחות.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות מנגיסטית בהערכת רעילות.
- ערך תפעולי: מספק יכולת סריקה סטנדרטית, ניתנת להרחבה וחסכונית.
- ערך אסטרטגי: משפר החלטות המשך (go/no-go) ומפחית נטישה בשלבים מאוחרים עקב רעילות בלתי צפויה.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעדוף מותאם סיכונים והקצאת משאבים יעילה בין תוכניות גילוי.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בגידול דגי זברה ובפנוטיפיקה התנהגותית.
- נדרשת תשתית דימוג בסיסית וכלי ניתוח נתונים (למשל, VirtualDub, KNIME עם סקריפטים של R).
- דורש סטנדרטיזציה בין-צוותית להקמת הבדיקה ולקריטריוני הדירוג.
- ניתן להתאמה למחלקי תרכובות שונים ולפרדיגמות חשיפה שונות.
- עמידות הבדיקה עשויה להיות מושפעת מאיכות העובריים ומשונות התפתחותית.
