Scoperta e sviluppo di farmaci

Dalle colture cellulari 2D a quelle 3D

Recentemente si è verificata una transizione verso l’uso di modelli cellulari 3D nel campo della scoperta farmacologica e della modellazione delle malattie, poiché numerosi studi hanno evidenziato che questi sistemi riproducono meglio l’ambiente in vivo e forniscono dati con una maggiore rilevanza fisiologica rispetto ai modelli 2D.

• Articolo: Passaggio dalle colture cellulari 2D a quelle 3D: un’intervista con Jayne Hesley e Jeff McMillan di Molecular Devices
• Webinar: Introduzione all’imaging dei modelli cellulari 3D, in collaborazione con Molecular Devices e MIMETAS
• Webinar: Passaggio ai modelli 3D nei saggi ad alto contenuto: Opportunità scientifiche e problematiche di imaging

Imaging e analisi cellulare 3D

I modelli cellulari tridimensionali (3D) sono fisiologicamente rilevanti e rappresentano più fedelmente i microambienti tissutali, le interazioni cellula-cellula e i processi biologici che si verificano in vivo. Adesso è possibile generare dati con un maggior valore predittivo incorporando tecnologie come il sistema ImageXpress con il modulo di analisi 3D integrato nel software MetaXpress®. Questa singola interfaccia vi consentirà di far fronte alle problematiche associate all’acquisizione e analisi 3D senza compromettere il rendimento o la qualità dei dati, permettendovi di avere una maggiore fiducia nelle vostre scoperte.

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Modelli cellulari 3D

Le colture cellulari 3D offrono il vantaggio di ricapitolare fedelmente aspetti dei tessuti umani, come ad esempio architettura, organizzazione cellulare, interazioni cellula-cellula e cellula-matrice e caratteristiche di diffusione che presentano una maggiore rilevanza fisiologica. L’uso di saggi cellulari 3D aggiunge valore agli studi di ricerca e screening, colmando il divario traslazionale esistente tra le colture cellulari 2D e i modelli animali. Permettendo di riprodurre parametri importanti dell’ambiente in vivo, i modelli 3D possono fornire informazioni uniche sul comportamento delle cellule staminali e dei tessuti in fase di sviluppo in vitro.

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Salute cellulare

La vitalità cellulare si riferisce al numero di cellule sane in una popolazione e può essere valutata usando saggi che misurano l’attività enzimatica, l’integrità della membrana cellulare, la produzione di ATP e altri indicatori. Queste metodiche possono utilizzare letture in luminescenza, in fluorescenza o colorimetriche come indicatori della vitalità cellulare generale o anche di specifiche vie cellulari. I saggi di citotossicità e vitalità cellulare vengono spesso utilizzati per valutare l’effetto di un farmaco o di un altro trattamento e rappresentano validi strumenti nella ricerca di nuovi composti terapeutici; inoltre, permettono di approfondire la comprensione del funzionamento delle cellule normali.

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Cell Painting

Il Cell Painting è un saggio multiplex ad alto contenuto basato su immagini, utilizzato per la profilazione citologica. In un saggio di Cell Painting vengono utilizzati fino a sei coloranti fluorescenti per marcare diversi componenti della cellula, tra cui il nucleo, il reticolo endoplasmatico, i mitocondri, il citoscheletro, l’apparato di Golgi e l’RNA. L’obiettivo è quello di “colorare” la cellula quanto più possibile per acquisirne un’immagine rappresentativa nella sua interezza.

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Segnalazione cellulare

La segnalazione cellulare permette alle cellule di rispondere al proprio ambiente e di comunicare con altre cellule. Le proteine situate sulla superficie cellulare possono ricevere segnali dall’ambiente circostante e trasmettere informazioni all’interno della cellula attraverso una serie di recettori, chinasi, fattori di trascrizione e altre proteine di regolazione che includono le vie di segnalazione. Gli organismi multicellulari si avvalgono di un’ampia gamma di vie di segnalazione per coordinare la corretta crescita, regolazione e funzione di cellule e tessuti. In caso di alterazioni della segnalazione tra le cellule o al loro interno, risposte cellulari inappropriate possono determinare lo sviluppo di tumori e di altre malattie.

Sono stati sviluppati numerosi strumenti per misurate le risposte cellulari che si verificano attraverso un’ampia gamma di vie di segnalazione. Ad esempio, la segnalazione dei recettori accoppiati a proteina G (G-Protein Coupled Receptor, GPCR) può essere studiata mediante svariati saggi, da quelli per il flusso del calcio, che può essere monitorato utilizzando coloranti fluorescenti, a quelli per le alterazioni nelle molecole effettrici a valle, valutate mediante TR-FRET.

• Misurazione dell’attività di geni reporter a doppia luciferasi con il lettore per micropiastre multimodale SpectraMax® Mini
• Saggio HTRF IP-One Gq sui lettori SpectraMax
• Caratterizzazione di bloccanti il canale hERG usando il kit di saggio del potassio FLIPR sul sistema FLIPR Tetra

Modellazione delle malattie

La comprensione della biologia delle malattie umane è cruciale per identificare trattamenti efficaci e le linee cellulari derivate da tessuti tumorali aiutano a sviluppare farmaci antitumorali migliori. Tuttavia, attualmente esiste una crescente necessità di aumentare la complessità e la rilevanza dei modelli basati su cellule per prevedere con maggiore accuratezza gli effetti dei nuovi farmaci candidati. Nelle cellule umane o animali ingegnerizzate geneticamente che presentano mutazioni caratteristiche di una malattia si verificano alcuni o tutti i processi patologici osservati nella malattia umana reale. La progettazione di modelli 3D che riproducono le interazioni di cellule e tessuti permettono ai ricercatori di prevedere meglio gli effetti dei farmaci. È possibile generare modelli cellulari 3D, compresi sferoidi, organoidi e sistemi organ-on-a-chip, a partire da linee cellulari stabilizzate derivate da cellule iPSC o cellule ottenute da pazienti. Le cellule possono essere ottenute da tessuti dei pazienti che rappresentano tipi di tumori rari oppure possono essere modificate geneticamente per introdurre o riparare geni correlati a malattie.

• Webinar: Sviluppo e imaging di modelli oncologici 3D
• Webinar: Modellazione delle malattie nel XXI secolo: saggi automatizzati basati su organoidi con imaging 3D
• Pubblicazione: Modellazione delle malattie con saggi cellulari 3D mediante l’uso di un nuovo sistema basato su flowchip e imaging ad alto contenuto
• Webinar: Comprensione della complessità dei sistemi biologici 3D: uso di organoidi per la modellazione delle malattie e la ricerca tossicologica
• Poster: Nuove metodiche per i saggi sugli organoidi derivati da pazienti oncologici
• Progressi del cliente: Bioneer utilizza il sistema ImageXpress Micro Confocal per l’imaging ad alto rendimento di modelli di malattia 3D
• Webinar: Sistemi organ-on-a-chip ad alto rendimento basati su organoidi per la scoperta farmacologica e la modellazione delle malattie

Saggi senza marcatura

I saggi di screening tradizionali utilizzati nella scoperta farmacologica possono essere dannosi per la salute delle cellule e determinare interazioni in grado di compromettere l’integrità dei dati. Benché i saggi radioattivi, in fluorescenza e in luminescenza permettano di ottenere dati molto utili, presentano anche notevoli inconvenienti. Con i progressi compiuti nello screening, sono stati sviluppati saggi senza marcatura che non richiedono l’uso di coloranti o reagenti appositi e permettono invece di eseguire misurazioni relative ai target di interesse nelle cellule vive in modo più efficiente e meno distruttivo.

• Screening diretto dell’attività citotossica e antiproliferativa di composti farmacologici su cellule leucemiche umane U937
• Segmentazione cellulare senza marcatura con il modulo applicativo IN Carta SINAP
• La variegata utilità dell’imager CloneSelect nelle applicazioni di imaging senza marcatura
• Analisi delle immagini basata sul deep learning per il monitoraggio in tempo reale senza marcatura di colture di organoidi 3D e iPSC
• Nuove metodiche per i saggi sugli organoidi derivati da pazienti oncologici
• Quantificazione della crescita e della morfologia degli sferoidi

Ricerca sulle cellule staminali

Le cellule staminali offrono ai ricercatori nuove opportunità per studiare i target e le vie di segnalazione più importanti nei processi di malattia. Queste cellule rappresentano un modello più realistico per l’identificazione e la conferma di nuovi bersagli farmacologici e per la rapida produzione di dati di farmacologia e tossicologia con un più alto valore traslazionale per la pratica clinica. Inoltre, l’uso di cellule staminali nello sviluppo dei farmaci apre nuove strade per la medicina personalizzata, riducendo, o potenzialmente anche sostituendo, i test sugli animali.

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Tossicità

La tossicità è la misurazione del dosaggio al quale una sostanza chimica è in grado di danneggiare un organismo. La tossicità d’organo indotta da farmaci è un fattore chiave nell’insuccesso dei prodotti farmaceutici candidati che non arrivano a essere immessi sul mercato. Di conseguenza, la disponibilità di saggi con elevato valore predittivo per i test di sicurezza ed efficacia è fondamentale per migliorare lo sviluppo farmacologico e ridurre il tasso di insuccesso dei farmaci candidati.

• Organoidi polmonari per la modellazione delle malattie e la valutazione della tossicità mediante imaging e analisi ad alto contenuto 3D
• Saggi di tossicità mediante l’uso di cellule derivate da cellule staminali pluripotenti indotte
• Saggio di imaging multiparametrico per la misurazione della tossicità in un modello tumorale
• Caratterizzazione fenotipica degli effetti di composti tossici su cardiomiociti derivati da cellule staminali pluripotenti indotte