El cribado fenotípico es un tipo de cribado que se utiliza en la investigación biológica y el descubrimiento de fármacos para identificar sustancias como moléculas pequeñas , péptidos o ARNi que alteran el fenotipo de una célula o de un organismo de la manera deseada. [1]
Contexto histórico
Históricamente, el cribado fenotípico ha sido la base para el descubrimiento de nuevos fármacos. Los compuestos se seleccionan en modelos de enfermedades celulares o animales para identificar compuestos que provocan un cambio deseable en el fenotipo. Solo después de que se han descubierto los compuestos, se realizan esfuerzos para determinar las dianas biológicas de los compuestos, un proceso conocido como deconvolución de la diana. Esta estrategia general se denomina " farmacología clásica ", "farmacología directa" o "descubrimiento de fármacos fenotípicos" (PDD).
Más recientemente, se ha vuelto popular desarrollar la hipótesis de que una determinada diana biológica modifica la enfermedad y, luego, seleccionar compuestos que modulan la actividad de esta diana purificada. Posteriormente, estos compuestos se prueban en animales para ver si tienen el efecto deseado. Este enfoque se conoce como " farmacología inversa " o "descubrimiento de fármacos basado en objetivos" (TDD). [2] Sin embargo, un análisis estadístico reciente revela que un número desproporcionado de fármacos de primera clase con mecanismos de acción novedosos proviene del cribado fenotípico [3], lo que ha provocado un resurgimiento del interés por este método. [1] [4] [5]
Tipos
In vitro
Las pantallas fenotípicas más simples emplean líneas celulares y controlan un solo parámetro, como la muerte celular o la producción de una proteína en particular. También se utiliza a menudo el cribado de alto contenido en el que se pueden monitorizar simultáneamente los cambios en la expresión de varias proteínas. [6] [7]
En vivo
En los enfoques basados en animales completos, el cribado fenotípico se ejemplifica mejor cuando se evalúa una sustancia para determinar el beneficio terapéutico potencial en muchos tipos diferentes de modelos animales que representan diferentes estados de enfermedad. [8] El cribado fenotípico en sistemas basados en animales utiliza organismos modelo para evaluar los efectos de un agente de prueba en sistemas biológicos completamente ensamblados. Los organismos de ejemplo utilizados para el cribado de alto contenido incluyen la mosca de la fruta ( Drosophila melanogaster ), el pez cebra ( Danio rerio ) y los ratones ( Mus musculus ). [9] En algunos casos, el término cribado fenotípico se usa para incluir los hallazgos fortuitos que ocurren en el contexto de los ensayos clínicos, particularmente cuando se descubren efectos terapéuticos nuevos e imprevistos de un candidato terapéutico. [3]
El cribado en el organismo modelo ofrece la ventaja de interrogar a los agentes de prueba, o las alteraciones en los objetivos de interés, en el contexto de sistemas biológicos completamente integrados y ensamblados, proporcionando conocimientos que de otro modo no se podrían obtener en los sistemas celulares. Algunos han argumentado que los sistemas basados en células no pueden modelar adecuadamente los procesos de enfermedades humanas que involucran muchos tipos de células diferentes en muchos sistemas de órganos diferentes y que este tipo de complejidad solo se puede emular en organismos modelo. [10] [11] La productividad del descubrimiento de fármacos mediante el cribado fenotípico en organismos, incluidos los hallazgos fortuitos en la clínica, son consistentes con esta noción. [3] [12]
El cribado fenotípico in vivo también se puede realizar fácilmente utilizando el ensayo de pintura celular desarrollado por Anne E. Carpenter . Una variedad de fluoróforos sintonizados diferencialmente marcan los componentes principales de los cultivos celulares y tienen una gran eficacia cuando se aplican al cribado de alto contenido de los impactos de sustancias químicas de referencia en diferentes líneas celulares eucariotas. [13]
Uso en reposicionamiento de fármacos
Los enfoques basados en animales para el cribado fenotípico no son tan adecuados para el cribado de bibliotecas que contienen miles de moléculas pequeñas. Por lo tanto, estos enfoques han encontrado más utilidad en la evaluación de fármacos ya aprobados o candidatos a fármacos en etapa tardía para el reposicionamiento de fármacos . [8]
Varias empresas, incluidas Melior Discovery , [14] [15] Phylonix y Sosei se han especializado en el uso de detección fenotípica en modelos de enfermedades animales para el posicionamiento de fármacos. Muchas otras empresas están involucradas en enfoques de investigación de detección fenotípica, incluidos Eurofins Discovery Phenotypic Services , Evotec , Dharmacon , ThermoScientific , Cellecta y Persomics .
Investigación colaborativa
La compañía farmacéutica Eli Lilly ha formalizado esfuerzos de colaboración con varios terceros destinados a realizar un cribado fenotípico de moléculas pequeñas seleccionadas. [dieciséis]
Referencias
- ^ a b Kotz J (abril de 2012). "Cribado fenotípico, toma dos" . Intercambio Ciencia-Empresa . 5 (15): 380. doi : 10.1038 / scibx.2012.380 .
- ^ Lee JA, Uhlik MT, Moxham CM, Tomandl D, Sall DJ (mayo de 2012). "El descubrimiento de fármacos fenotípicos modernos es una estrategia farmacéutica neoclásica viable". J. Med. Chem . 55 (10): 4527–38. doi : 10.1021 / jm201649s . PMID 22409666 .
- ^ a b c Swinney DC, Anthony J (julio de 2011). "¿Cómo se descubrieron nuevos medicamentos?". Nat Rev Drug Discov . 10 (7): 507-19. doi : 10.1038 / nrd3480 . PMID 21701501 . S2CID 19171881 .
- ^ Zheng, Wei; Thorne, Natasha; McKew, John C. (2013). "Pantallas fenotípicas como un enfoque renovado para el descubrimiento de fármacos" . Descubrimiento de drogas hoy . 18 (21-22): 1067-1073. doi : 10.1016 / j.drudis.2013.07.001 . PMC 4531371 . PMID 23850704 .
- ^ Brown, Dean G .; Wobst, Heike J. (18 de julio de 2019). "Oportunidades y desafíos en el cribado fenotípico para la investigación de enfermedades neurodegenerativas". Revista de química medicinal . 63 (5): 1823–1840. doi : 10.1021 / acs.jmedchem.9b00797 . ISSN 0022-2623 . PMID 31268707 .
- ^ Haney SA, ed. (2008). Proyección de alto contenido: ciencia, técnicas y aplicaciones . Nueva York: Wiley-Interscience. ISBN 978-0-470-03999-1.
- ^ Giuliano KA, Haskins JR, ed. (2010). Detección de alto contenido: un enfoque poderoso para la biología celular de sistemas y el descubrimiento de fármacos . Totowa, Nueva Jersey: Humana Press. ISBN 978-1-61737-746-4.
- ^ a b Barrett MJ, Frail DE, ed. (2012). "PhenotypicIn VivoScreening para identificar nuevas indicaciones imprevistas de fármacos existentes y candidatos a fármacos". Reposicionamiento de medicamentos: dar nueva vida a los activos archivados y los medicamentos existentes . Hoboken, Nueva Jersey: John Wiley & Sons. págs. 253–290. doi : 10.1002 / 9781118274408.ch9 . ISBN 978-0-470-87827-9.
- ^ Wheeler GN, Tomlinson RA (2012). Pantallas fenotípicas con organismos modelo . Nueva York, NY: Cambridge University Press. ISBN 978-0521889483.
- ^ Hellerstein MK (abril de 2008). "Explotación de la complejidad y la solidez de la arquitectura de red para el descubrimiento de fármacos". J. Pharmacol. Exp. Ther . 325 (1): 1–9. doi : 10.1124 / jpet.107.131276 . PMID 18202293 . S2CID 36819512 .
- ^ Hellerstein MK (enero de 2008). "Una crítica del paradigma de descubrimiento de fármacos basado en objetivos moleculares basado en principios de control metabólico: ventajas del descubrimiento basado en vías". Metab. Ing . 10 (1): 1–9. doi : 10.1016 / j.ymben.2007.09.003 . PMID 17962055 .
- ^ Saporito MS, Reaume AG (2011). "theraTRACE®: un mecanismo de plataforma in vivo imparcial para el cribado fenotípico y el reposicionamiento de fármacos". Descubrimiento de fármacos hoy: estrategias terapéuticas . 8 (2): 89–95. doi : 10.1016 / j.ddstr.2011.06.002 .
- ^ Willis, Clinton; Nyffeler, Johanna; Harrill, Joshua (1 de agosto de 2020). "Perfiles fenotípicos de sustancias químicas de referencia a través de tipos de células biológicamente diversos utilizando el ensayo de pintura celular". DESCUBRIMIENTO DE SLAS: Avanzando en la ciencia del descubrimiento de fármacos . 25 (7): 755–769. doi : 10.1177 / 2472555220928004 . ISSN 2472-5552 . PMID 32546035 . S2CID 219726081 .
- ^ "Sitio web Melior Discovery" .
- ^ "Reutilización, reposicionamiento y rescate de fármacos terapéuticos, parte II: revisión empresarial" . Mundo de descubrimiento de drogas . Consultado el 1 de mayo de 2015 .
- ^ "Descubrimiento de fármacos de innovación abierta: ¿qué son PD2 y TargetD2?" . Eli Lilly & Company. Archivado desde el original el 30 de enero de 2012 . Consultado el 4 de junio de 2012 .
Otras lecturas
- Moffat JG, Rudolph J, Bailey D (agosto de 2014). "Detección fenotípica en el descubrimiento de fármacos contra el cáncer: pasado, presente y futuro". Reseñas de la naturaleza. Descubrimiento de drogas . 13 (8): 588–602. doi : 10.1038 / nrd4366 . PMID 25033736 . S2CID 5964541 .
- Mullard A (diciembre de 2015). "El péndulo de cribado fenotípico oscila". Reseñas de la naturaleza. Descubrimiento de drogas . 14 (12): 807–9. doi : 10.1038 / nrd4783 . PMID 26620403 . S2CID 19367768 .