Mikromacierzowa platforma komórkowa do przesiewowych badań leków
Opracowywanie nowych leków obejmuje syntezę i charakteryzację poszczególnych substancji branych pod uwagę, a następnie ich biologiczne badanie przesiewowe. Na potrzeby przesiewania bibliotek związków chemicznych firmy farmaceutyczne wykorzystują metody chemii kombinatorycznej i różne podejścia wysokosprawne. Wymaga to jednak ogromnych ilości odczynników i komórek, a także generuje potrzebę wykorzystania rozwiązań z zakresu robotyki, by przenieść biblioteki związków chemicznych na płytki do mikromiareczkowania.
Komórki nadrukowane na mikromacierzach
W odróżnieniu od tradycyjnych systemów opracowywania leków, w ramach finansowanego przez UE projektu CellPrintArray zaproponowano stworzenie zminiaturyzowanej macierzy na potrzeby wysokosprawnych badań przesiewowych wykonywanych na żywych komórkach. Pomysł ten czerpie z platformy Droplet Microarray, która powstała podczas realizacji projektu DROPCELLARRAY. „Istniejące technologie macierzowe są ograniczone do badań przesiewowych kwasów nukleinowych. Naszym celem było opracowanie systemu w formacie mikromacierzy, który umożliwi badania przesiewowe rozpuszczalnych substancji leczniczych przy użyciu żywych komórek”, wyjaśnia koordynator projektu, dr Pavel Levkin. Partnerzy projektu zaprojektowali zintegrowane podejście pozwalające na dodawanie całych bibliotek związków chemicznych, innych cząsteczek oraz komórek do pojedynczych, 100-nanolitrowych kropli platformy Droplet Microarray. System CellPrintArray wykorzystuje mikromacierzowe płytki z porowatymi, hydrofilowymi punktami oddzielonymi od siebie przy pomocy superhydrofobowych barier odpychających ciecze. Wykorzystując nanolitrowy system dozowania kompatybilny z nadrukami o określonych objętościach, naukowcy wypełnili punkty mikromacierzy kropelkami roztworów substancji leczniczych o kontrolowanych objętościach (3-500 nL w każdym doświadczeniu) lub kropelkami zawierającymi komórki (1-100 komórek w każdym doświadczeniu). Poza systemem dozującym ciecze, we współpracy z jego wytwórcą naukowcy opracowali także system kontroli wilgotności, aby zminimalizować wpływ parowania podczas przetwarzania. Pozwoliło im to kontrolować takie warunki środowiskowe, jak wilgotność, poziom dwutlenku węgla i temperatura. Dzięki temu mogli oni nawet do trzech dni prowadzić hodowle komórkowe na potrzeby testów przesiewowych.
Zalety platformy CellPrintArray
Umożliwiająca nadrukowywanie komórek i badania przesiewowe z ich wykorzystaniem platforma CellPrintArray została z powodzeniem przetestowana przez zespół projektu na wielu różnych zestawach do biologicznych badań przesiewowych. Poddano ją także zewnętrznej ocenie firm farmaceutycznych i partnerów klinicznych pod kątem wykorzystania na potrzeby spersonalizowanych zastosowań medycznych. Jak podkreśla dr Levkin: „Wyniki badań przesiewowych uzyskane w toku doświadczeń zminiaturyzowanych były porównywalne do wyników uzyskanych przy pomocy najnowocześniejszych technologii przesiewowych”. Najważniejszą zaletą platformy jest fakt, że wykorzystuje ona komórkowe analizy przesiewowe zminiaturyzowane nawet 1000-krotnie, co pozwala na skorzystanie z modeli komórkowych o większym znaczeniu fizjologicznym, takich jak komórki pierwotne, komórki macierzyste, komórki pochodzące z biopsji(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i inne rzadkie rodzaje komórek. Jednocześnie pozwala ograniczyć zużycie drogich odczynników, znacząco zmniejszając ogólne koszty badań przesiewowych i skracając ich czas. Kolejnym celem zespołu projektu CellPrintArray jest stworzenie przyjaznej dla użytkowników, kompletnej platformy miniaturowych badań przesiewowych, która będzie w sobie łączyć funkcję nanolitrowego dozownika, obsługę płytki, hodowlę komórek i zbieranie odczytów. Ten zintegrowany system umożliwi firmom farmaceutycznym i szpitalom wykonywanie wysokosprawnych badań przesiewowych przy użyciu jednego tylko sprzętu. Aby rozszerzyć możliwości wykorzystania platformy CellPrintArray, partnerzy projektu chcą stworzyć oparte na większych macierzach formatki, które będą kompatybilne z większością wyposażenia laboratoryjnego. Dr Levkin przewiduje, że w przyszłości „powstanie platforma, która umożliwi wykorzystanie komórek pozyskanych od pacjentów, tworząc tym samym nowe perspektywy dla medycyny spersonalizowanej”.
