Оценка токсичности химических веществ с помощью системы скрининга вибрационной реакции на испуг рыбок данио
12 января 2024 г.
Мы описываем рабочий процесс системы скрининга и анализ данных для оценки токсичности химических соединений на основе вибрационной реакции эмбриона рыбки данио. Система регистрирует движения эмбрионов рыбок данио при воздействии вибрационного стимула и позволяет комплексно оценить общую токсичность/летальность и нервно-мышечную токсичность.
При скрининге химических веществ на токсичность актуальной экспериментальной задачей является определение токсических эффектов in vivo, принимая во внимание сложность всего организма, и сделать это быстрым и высокопроизводительным способом. Используя поведенческое считывание, которое отслеживает реакцию эмбрионов рыбок данио на вибрационный стимул, наша система позволяет нам идентифицировать соединения, которые вмешиваются в нейронную или мышечную функцию. Поскольку мертвые эмбрионы не двигаются, мы также улавливаем соединения, вызывающие летальность, путем неспецифической токсичности.
Система, которую мы представляем, может быть построена за умеренную цену и является настраиваемой. Он также прост в обслуживании, и все детали можно заменить. В настоящее время мы используем систему анализа испуга в консорциуме PrecisionTox для определения дозы химического соединения для сбора данных OMICS.
Данные генерируются по пяти модельным организмам и клеточным линиям человека. Они будут использоваться для определения путей токсичности и биомаркеров для прогнозирования токсичности для человека.
Обзор
В данном исследовании оценивается токсичность химических соединений с использованием реакции эмбрионов zebrafish на вибрационный испуг. Путем мониторинга движений эмбрионов в ответ на вибрационные стимулы система оценивает нейромышечную токсичность и общую летальность различных соединений.
Основные компоненты исследования
Область исследования
- Скрининг токсичности
- Нейротоксикология
- Биология развития
Теоретические основы
- Скрининг токсичности in vivo затруднен из-за сложности организма.
- Эмбрионы данио-рерио представляют собой подходящую модель для оценки воздействия химических веществ.
- Данная работа является частью усилий по определению путей токсичности для прогнозирования эффектов у человека.
Используемые методы
- Поведенческие тесты для измерения реакции испуга эмбрионов zebrafish.
- Эмбрионы инкубируют и подвергают воздействию различных концентраций исследуемых химических веществ.
- Анализ данных путем визуализации двигательных реакций и расчета эталонных концентраций.
Основные результаты
- Были идентифицированы соединения, которые снижают подвижность и вызывают летальный исход.
- Количественно определена эталонная концентрация для специфических типов токсичности.
- Продемонстрировано, что система является настраиваемой и экономически эффективной.
Выводы
- Система эффективно выявляет токсичные соединения с помощью простого и воспроизводимого анализа.
- Способствует пониманию путей химической токсичности, актуальных как для zebrafish, так и для людей.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Высокопроизводительный скрининг токсичности in vivo остается критическим узким местом на ранних этапах разработки лекарственных средств и оценки химической безопасности. Система анализа вибрационного старт-рефлекса у Danio rerio позволяет проводить быструю количественную оценку нейромышечной и общей токсичности, что повышает прогностическую точность на этапах валидации мишеней и отбора перспективных соединений. Модульная и масштабируемая архитектура данной системы соответствует корпоративным требованиям к воспроизводимости, экономической эффективности и трансляционной значимости при работе с различными портфелями соединений.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Позволяет проводить функциональный анализ нейромускулярной токсичности и летальности в контексте всего организма.
- Способствует снижению биологических рисков за счет дифференциации специфических нейроактивных эффектов и общей цитотоксичности.
- Повышает прогностическую уверенность в связывании с мишенью и в отношении побочных эффектов, связанных с воздействием на нецелевые мишени.
Скрининг и разработка анализов
- Обеспечивает стандартизированный поведенческий анализ для получения количественных и воспроизводимых данных о токсичности.
- Обеспечивает масштабируемую пропускную способность за счет модульной сборки и автоматизированного видеозахвата.
- Позволяет проводить надежную оценку соединений как на наличие острых, так и сублетальных токсических эффектов.
Трансляционные и доклинические исследования
- Соответствует многовидовым оммиксным рабочим процессам для выявления путей токсичности.
- Поддерживает поиск биомаркеров и обеспечивает трансляционную преемственность между различными видами.
- Обосновывает решения о продвижении с учетом рисков путем интеграции данных о токсичности на уровне организма.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный анализ на базе zebrafish позволяет связать этапы раннего поиска и доклинических исследований безопасности, предоставляя практически значимые данные о токсичности перед началом исследований на млекопитающих.
- Поисковая биология: количественная оценка поведенческих фенотипов для выяснения механизмов токсичности и участия сигнальных путей.
- Скрининг: обеспечивает воспроизводимые высококонтентные результаты для сортировки и приоритизации соединений.
- Аналитика: получение эталонных значений концентрации и показателей неподвижности для сравнительного анализа.
- Трансляционные исследования: интеграция с OMICS и конвейерами на базе нескольких модельных организмов для прогнозирования токсичности для человека.
- Корпоративное использование: модульная конструкция системы поддерживает адаптацию для различных платформ скрининга и безопасности.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неопределенность при оценке токсичности.
- Операционная ценность: Обеспечивает стандартизированные, масштабируемые и экономически эффективные возможности скрининга.
- Стратегическая ценность: Улучшает процесс принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и снижает процент отсева на поздних стадиях из-за непредвиденной токсичности.
- Влияние на портфель: Позволяет проводить приоритезацию с учетом рисков и эффективно распределять ресурсы между программами поиска новых препаратов.
Особенности реализации
- Требуется опыт в содержании zebrafish и поведенческом фенотипировании.
- Необходима базовая инфраструктура для получения изображений и инструменты анализа данных (например, VirtualDub, KNIME с R-скриптами).
- Требуется межкомандная стандартизация при подготовке анализа и критериев оценки.
- Метод адаптируем к различным классам соединений и схемам воздействия.
- На устойчивость анализа могут влиять качество эмбрионов и вариабельность развития.
