בראיון זה דנה ד"ר מליקה בסבסי בתפקידם של מודלים של iPSC בקידום גילוי תרופות במדעי המוח, תוך התמקדות בניוון עצבי, דלקת עצבית וגישות חדשניות במבחנה.
האם תוכל להתחיל בהצגת עצמך ולתת לקוראינו סקירה קצרה של עבודת מעבדות צ'ארלס ריבר במחלות ניווניות וגילוי תרופות?
היי, אני מליקה בסבסי, מנהלת מחקר במעבדות צ'ארלס ריבר. בתפקידי אני מוביל צוות של מדענים הפועלים על פיתוח והטמעה של מודלים של תאים שמקורם ב-iPSC עבור לקוחות גילוי התרופות שלנו.
למעבדות צ'ארלס ריבר יש היסטוריה חזקה בתמיכה במדעי המוח ובמחלות ניווניות בכל שלבי גילוי התרופות, כגון זיהוי פגע, בדיקת תפוקה גבוהה, אופטימיזציה של לידים, בַּמַבחֵנָה ו in vivo פרמקולוגיה ויעילות, פרמקוקינטיקה, מטבוליזם של תרופות ובטיחות וטוקסיקולוגיה.
עבדת רבות על התקדמות במודלים של תאים הקשורים למחלות נוירודגנרטיביות ודלקת עצבית. למה כן בַּמַבחֵנָה מודלים כמו אלה חיוניים בהבנה טובה יותר של מחלות אלו והמנגנונים שלהן?
התהליכים הגורמים לניוון עצבי ולדלקת עצבית הם מורכבים וכוללים סוגי תאים מרובים, כך שיכול להיות קשה ליצור מודל מדויק של תהליכים אלה ולחקור כיצד הם מעורבים במחלות שונות. באופן מסורתי, חוקרים ומפתחי תרופות השתמשו במודלים של בעלי חיים כדי לעשות זאת, אך ישנה דחיפה מתמשכת בקהילת התרופות למצוא חלופות לבעלי חיים, במיוחד בשלבים הראשונים של גילוי תרופות.
כמו כן, המוח של דגמי מכרסמים נפוצים אינו משקף במדויק את המורכבות של המוח האנושי. לדוגמה, במוח האנושי יש יותר מ-90 מיליארד נוירונים, כל אחד עם כ-7000 סינפסות לנוירונים אחרים, ולמעלה מטריליון תאי גליה. בעכברים למשל, היחס בין גליה לנוירונים נמוך בהרבה מה שהופך אותם למודל גרוע לדלקת עצבית אנושית. שימוש בתאים שמקורם בתאי גזע פלוריפוטנטיים (iPSC) במערכות תרבית מאפשר לנו לספק ללקוחותינו מודלים רלוונטיים בעלי תרגום גבוה לפיזיולוגיה ומחלות אנושיות.
קרדיט תמונה: Gorodenkoff/Shutterstock.com
האם תוכל לפרט על בַּמַבחֵנָה מודל למחלת האלצהיימר שפיתחת? איזה פוטנציאל טומן בחובו מודל זה בפיתוח תרופות לטיפול באלצהיימר?
המטרה שלנו כאן הייתה לפתח חומר חזק וניתן לשחזור בַּמַבחֵנָה מודל לגילוי תרופות לאלצהיימר. לשם כך, טיפלנו בנוירונים גלוטמטרגיים שמקורם ב-iPSC עם אגרגטים β-עמילואידים כדי לדמות פתולוגיה עמילואידית. הערכת רעילות במודל תא זה הראתה כי אגרגטים אלו גרמו לפירוק מבני עצבים ולמוות של תאים באופן תלוי ריכוז.
ניוון עצבי אושר עוד יותר על ידי שחרור של שרשרת נוירופילמנט קלה (NfL), סמן מפתח של ניוון עצבי שהוכח כמוגבר ב-CSF של חולי אלצהיימר. מודל זה יכול לשמש בגילוי תרופות כדי לסנן קבוצה של תרכובות חדשות כדי לקבוע את יעילותן במניעת ניוון עצבי הנגרם על ידי עמילואיד, פתולוגיה מרכזית בהתקדמות מחלת האלצהיימר.
מדוע חקירת המיאלינציה חשובה כל כך בהקשר של מחלות נוירולוגיות, ומה תפקידה בהתקדמות המחלה ובאפשרויות הטיפול האפשריות?
מיאלינציה היא התהליך שבו אוליגודנדרוציטים מפקידים מיאלין, חומר עשיר בשומנים, סביב האקסונים של נוירונים במוח, ויוצרים שכבה מעליבה המגבירה את קצב התנועה של פוטנציאל הפעולה. תהליך זה חיוני לתפקודים נוירולוגיים כמו קוגניציה, תפקוד חושי ותפקוד מוטורי, ולכשל או נזק בתהליך עלולים להיות השלכות הרסניות.
בטרשת נפוצה, דה-מיאלינציה במוח על ידי התקפה אוטואימונית על מיאלין או כשל בתפקוד אוליגודנדרוציטים מובילה לחולשת שרירים, אובדן תחושה ועייפות. כמו כן ישנן הפרעות דה-מיאלינציה תורשתיות נדירות כגון לויקודיסטרופיה ומחלת שארקו-מארי-שן. ישנן גם עדויות לכך שדמיאלינציה ומוות של אוליגודנדרוציטים עשויים להיגרם על ידי פתולוגיה עמילואיד וטאו במחלת אלצהיימר.
תהליך הדמיאלינציה מהווה אפוא מטרה טיפולית בהפרעות נוירולוגיות מרובות, ומאומתת בַּמַבחֵנָה מודל של תהליך זה, כמו מודל התרבות המשותף לנוירונים/אוליגודנדרוציטים, הוא קריטי לקידום גילוי תרופות בהפרעות אלה.
רבים מהמודלים עליהם עבדת מעסיקים תאי גזע פלוריפוטנטיים (iPSC). מהם היתרונות העיקריים של שימוש ב-iPSCs במודלים של מחלות נוירודגנרטיביות ודלקת עצבית?
ישנם מספר יתרונות לשימוש ב-iPSCs ותאים המופקים מהם בגילוי תרופות. השימוש ב-iPSCs אנושי מציע כמובן תרגום טוב יותר למחלות אנושיות, בהשוואה לשימוש בתאי בעלי חיים למשל.
מקור חלופי של תאים אנושיים למבחני גילוי תרופות הוא תאים ראשוניים מדגימות שלאחר המוות, ולמרות שיש לנו גישה אליהם באמצעות מערכת היחסים שלנו עם בנק המוח ההולנד ופיתחנו פרוטוקולים חזקים להתרבות של נוירונים וגליה מבודדים לאחר המוות. , תאים אלו הם משאב סופי ובדרך כלל יש להם תשואה נמוכה. iSPCs אנושיים, תאים שמקורם במטופל או תאים זמינים מסחרית, ותאים שמקורם מהם הם מקור חזק, יציב וניתן לשחזור של תאים למבחנים עבור פרויקטים של לקוחותינו.
איך עושים בַּמַבחֵנָה מודלים של תאים תורמים לתהליך גילוי התרופות, במיוחד כאשר מפתחים טיפולים למחלות נוירולוגיות?
בַּמַבחֵנָה ניתן להשתמש במודלים של תאים, מודלים חד-תרבותיים או מורכבים יותר של תרבות משותפת, על פני שלבים שונים של תהליך גילוי התרופה, החל מאימות מטרה, דרך סקר, זיהוי לידים ואופטימיזציה, יעילות חוץ גופית עם קריאות פנוטיפיות, ואפילו בבטיחות מוקדמת. קריאות. במעבדות צ'ארלס ריבר, אנו משתמשים במודלים מסוג זה באופן נרחב במענה לשאלות גילוי התרופות של לקוחותינו.
לדוגמא, כבר הזכרתי שפיתחנו מודל תרבות משותפת של אוליגודנדרוציטים ונוירונים גלוטמטריים שמקורם ב-iPSC. בַּמַבחֵנָה מודל של מיאלינציה. הלקוחות שלנו משתמשים במודל זה כדי לבדוק תרכובות שזוהו מסקר בתפוקה גבוהה, כדי לראות כיצד הן משתוות זו לזו לגבי השפעתן על תהליכי המיאלינציה וכדי לקבוע עם איזו תרכובת עדיף להמשיך. באופן דומה, המודל המורכב שלנו של נוירונים, מיקרוגליות, אסטרוציטים ואוליגודנדרוציטים בתרבות משותפת מאפשר ללקוחותינו לסנן תרכובות לאיתור יעילותן במיקוד לתהליכים נוירו-דלקתיים.
אנו משלבים מודלים שמקורם ב-iPSC עם המומחיות שלנו במגוון רחב של קריאות פנוטיפיות. לדוגמה, עבור לקוחות העובדים בגילוי תרופות לאפילפסיה פיתחנו תרבות משותפת של נוירון גלוטמטרגי ו-GABAergic שמקורו ב-iPSC המפתחת פעילות דמוית התקפים בעת גירוי עם תרכובות התקפיות, כפי שנמדד על ידי אלקטרופיזיולוגיה של מערך אלקטרודות (MEA). באמצעות מודל זה, אנו יכולים לסנן תרכובות על יכולתן להפחית קריאות דמויות התקפים.
מה יש עוד כמה יישומים מעשיים בַּמַבחֵנָה מודלים של תאים בתחום המחלות הנוירודגנרטיביות? כיצד משתמשים במודלים אלה כיום במחקר ובמסגרות קליניות?
הדוגמאות שנתתי לעיל מסבירות כיצד אנו יכולים להשתמש במודלים של תאים מורכבים אלה בגילוי תרופות, אך ניתן להשתמש בהם גם בהקשר של בטיחות תרופות. לדוגמה, אנו משתמשים במערכת MEA עם קרדיומיוציטים שמקורם ב-iPSC כדי לבדוק את הרעילות הפוטנציאלית של תרכובות ותרופות ביולוגיות חדשות, לא רק בגילוי תרופות במדעי המוח אלא בכל היישומים הטיפוליים. באופן דומה, ניתן להשתמש במודלים המורכבים של נוירונים, מיקרוגליות, אסטרוציטים ואוליגודנדרוציטים בתרבות משותפת כדי לבחון את הנוירוטוקסיות של תרכובות חדשות ברמה התאית.
מחוץ לתהליך גילוי ופיתוח התרופות, בַּמַבחֵנָה מודלים של תאים המופקים מתאי גזע נמצאים בשימוש נרחב במחקר פרה-קליני, אקדמי, למשל לחקר תהליכי התפתחות ולמודל תהליכים בבריאות ומחלות. מודלים אלה זהים למודלים שבהם אנו משתמשים בפרויקטים של לקוחותינו, אך במקום להשתמש בהם לקביעת יעילות התרכובת, הם משמשים לחקירת תהליכים ותפקוד חלבון, למשל.
במרחב הקליני, תאי גזע נמצאים בבדיקה על הפוטנציאל הטיפולי שלהם. לדוגמה, ישנם כיום ניסויים קליניים מתמשכים הבודקים אם נוירונים דופמינרגיים שמקורם ב-iSPC, שהושתלו במוח בניתוח, הם טיפול יעיל למחלת פרקינסון, שבה התסמינים נגרמים על ידי השפלה של נוירונים דופמינרגיים באמצע המוח.
מסתכל אחורה על העבודה שלך עם בַּמַבחֵנָה מודלים, אילו פיתוחים או אתגרים מרכזיים אתה רואה בעתיד לשימוש בכלים אלה בתחומי מדעי המוח וגילוי תרופות?
אני חושב שאחת ההתפתחויות המרכזיות שקורה עכשיו עם בַּמַבחֵנָה מודלים הוא פיתוח ושימוש במודלים תלת מימדיים, כולל אורגנואידים. בצ'ארלס ריבר אנו משתמשים באורגנואידים מחוץ לגילוי תרופות במדעי המוח, למשל פיתחנו אורגנואידים במעיים אנושיים ואימתנו מודל זה לפיתוח תרכובות אנטי-ויראליות נגד זיהום בנגיפים אנטרו (EV-A71).
במונחים של אורגנואידים במוח, ישנם מספר אתגרים שיש להתגבר עליהם לפני שמודל מסוג זה יוכל לספק מודל חזק וניתן לשחזור לשימוש בגילוי תרופות, כולל פרופורציות של סוגי תאים שונים, כלי דם ואספקת חומרים מזינים. יצירת אורגנואידים במוח לשימוש בגילוי תרופות עשויה בהחלט להיות מטרה, אך עלינו גם לשקול את השאלה הנשאלת ולהשתמש במודל המענה בצורה הטובה ביותר על השאלה הזו.
לגבי אתגרים עם מודלים של תרבות משותפת שפיתחנו, אחד האתגרים המרכזיים הוא קנה מידה של מודלים אלה לשימוש בהקרנת תפוקה גבוהה, כדי לספק מודל בר תרגום בשלב מוקדם זה של גילוי תרופות.
כרגע אנחנו יכולים לטפח את המודלים הללו בצלחות של 96 בארים המאפשרות סינון, אבל לא ברמה שבאמת תיחשב ל'תפוקה גבוהה', שבה ניתן לסנן עשרות אלפי מבנים כימיים בצורה יעילה וחסכונית. אנו משכללים ללא הרף את פרוטוקולי תרבית התאים שלנו ואת מערך המודלים שלנו, והגדלת מודלים מסוג זה של תאים היא משהו שאנו עובדים עליו באופן פעיל.
בהתחשב באופי התרגום של המודלים שלך, עד כמה אתה חושב שאנחנו קרובים לגשר על הפער ביניהם בַּמַבחֵנָה ממצאים ומחקרים קליניים בבני אדם, במיוחד בתחומים כמו דלקת עצבית וניוון עצבי?
יש כל כך הרבה גורמים שקובעים האם תרכובת חדשה או טיפול מתקדם יגיעו לניסויים קליניים, יצליחו בהם ואז ימשיכו לקבל אישור רגולטורי להמשיך לטיפול בחולים. על הטיפול לעסוק במטרה, להיות יעיל ונסבל, להיות בעל פרופיל בטיחות מקובל ותופעות לוואי, ולמעשה להגיע ליעדו; שיקול מרכזי בטיפולים במדעי המוח שכן גישה ישירה למוח חסומה על ידי מחסום הדם המוחי.
המודלים המורכבים של תרבות משותפת והמודלים הנובעים מ-iPSC אנושיים בהם דנו מאפשרים לנו לאסוף מידע מפורט על היבטים רבים של הפרמקולוגיה של הטיפול, לפני עיבוד לבעלי חיים, מה שמוביל לאופטימיזציה טובה יותר של לידים ולהתמקדות משופרת בטיפולים שסביר להניח יש השפעה קלינית. מכיוון ששיעור הכישלונות של טיפולים במדעי המוח כה גבוה, כל שיפור מצטבר שניתן לבצע בתהליך גילוי ופיתוח התרופות יתורגם ליותר טיפולים שיגיעו לחולים.
גלה עוד: האם למידת מכונה יכולה לעזור במחקרי התנהגות של מערכת העצבים המרכזית?
על ד"ר מליקה בסיביסי
ד"ר מליקה בסבסי היא בעלת תואר דוקטור מאוניברסיטת VU אמסטרדם ועבדה למעלה מ-25 שנים בתחומי ביולוגיה של תאי גזע, ניוון עצבי ודלקת עצבית.
בתקופה זו, היא פיתחה מומחיות משמעותית בטיפוח תאי מוח שנגזרו מ-iPSC וגם תאי מוח ראשוניים, כולל נוירונים, מיקרוגליות, אסטרוציטים ואוליגודנדרוציטים. בתפקידה הנוכחי בצ'ארלס ריבר, ד"ר בסיביסי מביאה את המומחיות הזו לפרויקטים של גילוי תרופות במדעי המוח, לפיתוח מודלים של תרבות מונו-תרבותית ותרבות מרובת תאים וקריאת בדיקות, כמו גם מתן המלצות אסטרטגיה ללקוחותינו.
