211service.com
Ett bättre toxicitetstest för droger
En ny metod för att känna av små förändringar i levercellers struktur, baserat på hur de sprider ljus, skulle kunna ge ett snabbare och mer effektivt sätt att testa drogernas toxicitet och de skadliga effekterna av miljöföroreningar.
Råttleverceller placerade på ett poröst kiselchip lyser upp (b) när de dör av en giftig dos av paracetamol (Tylenol). (Med tillstånd av Sara Alvarez, Austin Derfus och Michael Schwartz, UCSD.)
Levertoxicitet är det vanligaste skälet för tillverkare att dra tillbaka läkemedel och för Food and Drug Administration att vägra godkännande av nya läkemedel. Faktum är att en tredjedel av alla läkemedel misslyckas i kliniska prövningar på grund av sådan toxicitet. Dessutom är nuvarande in vitro-toxicitetstester tråkiga och komplicerade, eftersom forskare med jämna mellanrum måste titta på cellerna under ett mikroskop eller sätta in ett fluorescerande färgämne i cellerna genetiskt. Dessutom använder befintliga tester ofta kemikalier som dödar cellerna, så att forskare måste använda ett antal olika cellkulturer under en studie, vilket påverkar resultatet.
Den nya enheten utvecklades av Michael Sailor , professor vid avdelningen för kemi och biokemi vid University of California, San Diego, och Sangeeta Bhatia, docent vid avdelningen för hälsovetenskap och teknik och avdelningen för elektroteknik och datavetenskap vid MIT. Den består av en poröst kisel chip på vilket celler kan leva i dagar, och en billig detektor för laddade och kopplade enheter som de som finns i digitalkameror. Den kan kontinuerligt övervaka levande celler och indikera tidigare än nuvarande tester om en förening skadar cellerna, baserat på hur mycket ljus de reflekterar ( papper abstrakt ).
Forskarna skapar det porösa substratet genom att placera kiselchips i fluorvätesyra och föra en elektrisk ström genom lösningen. Detta bildar cylindriska brunnar med några hundra nanometer i diameter på ytan. De små brunnarna får det porösa kislet att reflektera ljus med en skarp frekvens, en välkänd egenskap som inte syns i vanligt kisel. Forskarna kan konstruera porerna för att kontrollera frekvensen.
Därefter täcker forskarna chipet med polystyren för att göra en yta som liknar en petriskål. När celler placeras på ytan sprider de det reflekterade ljuset, vilket minskar intensiteten av ljus som faller på detektorn. När cellerna vissnar eller dör förändras deras struktur, vilket ökar ljusintensiteten vid detektorn. Cellerna lyser upp som små fyrar när de dör, säger Sailor.
I labbet placerade forskarna råttleverceller på chipet och behandlade dem med giftiga doser av kadmium och smärtstillande paracetamol. De fann att sensorn upptäckte förändringar i cellerna minst två timmar före konventionella tester. De planerar att snart testa enheten med mänskliga leverceller.
Andra är imponerade av hur tidigt enheten verkar upptäcka toxicitet i cellerna. När vissa traditionella sätt inte skulle ge en läsning ännu, visar denna metod redan den toxiska effekten, säger Erkki Ruoslahti, som studerar cellbiologi och cancer vid Burnham Institute for Medical Research i La Jolla, CA. Detta kan ge ett snabbt svar med hög genomströmning på kortare tid och med mycket mindre ansträngning.
Sailor säger att den enkla tekniken skulle kunna spara tid och pengar för läkemedelsföretag eftersom de skulle kunna eliminera giftiga föreningar tidigt i drogtestningsprocessen. Det är ett verktyg för att påskynda processen för upptäckt av läkemedel, säger han och tillägger att det skulle förstärka nuvarande cellulära tester.
Just nu screenar forskare nya läkemedel innan mänskliga försök med in vitro-tester på råttleverceller. I dessa tester introducerar de läkemedlet i leverceller som odlas i petriskålar placerade i inkubatorer. Med jämna tidsintervall måste de analysera cellerna i mikroskop, för att ta reda på hur många celler som är döda. För att göra det måste de lägga till kemikalier som antingen modifierar eller dödar de återstående cellerna. Dessutom behöver varje experiment hundratals petriskålar och cellkulturer, vilket ökar kostnaden. Du gör hellre mätningar i realtid och istället för att dra ut en skål varje halvtimme, ha något som övervakar cellerna i inkubatorn, säger Sailor.
Jonathan Dordick, professor vid avdelningen för kemisk och biologisk teknik vid Rennselaer Polytechnic Institute, säger att teknikens stora fördel är att den kan övervaka ett toxins gradvisa effekt på celler. Detta är användbart eftersom många föreningar inte är direkt giftiga, säger han. Det tillåter, föreslår han, ett enkelt sätt att följa hälsan hos samma grupp av celler över tid utan att förändra eller döda dem.
Dessutom säger Sailor att den nya enheten kan tillåta flera experiment samtidigt. Ett kvartsstort poröst kiselchip kan innehålla upp till 10 000 olika testplatser, var och en gjord för att reflektera ljus vid en specifik frekvens. Man kunde sedan sätta små buntar av celler på platserna och testa den toxiska effekten av olika toxinkoncentrationer eller läkemedelskombinationer.
Teamet har ett forskningsavtal med Hitachi Chemical Research Center i Irvine, Kalifornien, som kommer att försöka kommersialisera tekniken.