גלה כיצד ביולוגיה תלת מימדית, אוטומציה ו- AI מהפכים את גילוי התרופות, משפר את דיוק החיזוי ומאצת המחקר.
האם אתה יכול להציג את עצמך ולספר לנו על תפקידך במכשירים מולקולריים?
שמי אוקסנה סירנקו, ואני מדען בכיר במכשירים מולקולריים. החברה שלנו מתמחה בפיתוח מכשירים וריאגנטים למחקר ביולוגי. המשימה שלנו היא להעצים מדענים על ידי מתן כלים התומכים בתגליות מדעיות חדשניות ובסופו של דבר לשפר את איכות החיים. בתפקידי אני מתמקד במבחנים הדמיה גבוהה, אוטומציה ובמבחנים מבוססי תאים מתקדמים, עם דגש מיוחד על ביולוגיה תלת מימדית ויישומי גילוי תרופות.
קרדיט תמונה: Corona Borealis Studio/Shutterstock.com
מדוע ביולוגיה תלת מימדית זוכה לתשומת לב כה רבה בגילוי תרופות ובמודלים של מחלות?
אחד האתגרים הגדולים ביותר בגילוי התרופות הוא שיעור הכישלון הגבוה של מועמדים לתרופות במחקרים קליניים – כ- 90 אחוזים נכשלים. זה נובע בעיקר מהמגבלות של תרבויות תאים דו -ממדיים ומודלים של בעלי חיים, שלעתים קרובות אינם משכפלים במדויק את המורכבות של רקמות אנושיות. לעומת זאת, אורגנואידים ומודלים תלת מימדיים אחרים מחקים טוב יותר את הביולוגיה האנושית, ומציעים פלטפורמות חזויות יותר לסינון תרופות, הערכת רעילות ומודלים של מחלות.
מהם כמה מהיתרונות העיקריים של אורגנואידים על פני תרביות תאים דו -ממדיים מסורתיים ומודלים של בעלי חיים?
אורגנואידים מציעים מספר יתרונות עיקריים על פני דגמים מסורתיים. הם מספקים רלוונטיות ביולוגית טובה יותר על ידי שכפול המורכבות המבנית, הארגון והפונקציונליות של רקמות אנושיות. דיוק החיזוי הגבוה יותר שלהם מגשר על הפער בין מבחנים פשוטים מבוססי תאים למערכות איברים שלמים, מה שהופך אותם ליותר חשובים לגילוי תרופות. אורגנואידים הם גם חסכוניים יותר מדגמי בעלי חיים, ומציעים סינון מהיר יותר ויותר לתפוקה גבוהה יותר. בנוסף, אורגנואידים שמקורם בחולים מאפשרים לרפואה מותאמת אישית על ידי מתן אפשרות למדענים לבחון תגובות תרופות במודלים הנגזרים מחולים בודדים.
מהם האתגרים העיקריים המונעים אימוץ רחב יותר של טכנולוגיית אורגנואידים?
למרות הפוטנציאל שלהם, אורגנואידים מתמודדים עם כמה מחסומים לאימוץ רחב יותר. טיפוח אורגנודים הוא אינטנסיבי עבודה וגוזל זמן, ולעתים קרובות דורש מומחיות משמעותית וטיפול ידני. מורכבות טכנית היא מכשול נוסף, שכן תהליכים כמו זריעה, האכלה, מעבר ומעקב אחר דיוק ביקוש דיוק גבוה. ההתרבות נותרה אתגר, עם קושי בסטנדרטיזציה של היווצרות אורגנואידים על פני בארות או צלחות מרובות. מדרגיות היא גם בעיה, שכן התאמת דגמי אורגנואידים להקרנת תפוקה גבוהה עדיין מתפתחת. עם זאת, התקדמות באוטומציה, הדמיה בעלת תוכן גבוה וניתוח מבוסס למידת מכונות עוזרים להתגבר על אתגרים אלה.
כיצד אוטומציה עוזרת להתמודד עם אתגרים אלה במחקר אורגנואידים?
אוטומציה ממלאת תפקיד מכריע בהתגברות על האתגרים הקשורים למחקר אורגנואידים על ידי פשטת זרימות עבודה ושיפור ההתרבות, המדרגיות והיעילות הכללית. טכנולוגיות חדשות מאפשרות כעת זריעת תאים אוטומטית, האכלה ומעבר, המפחיתים את הצורך בעבודת כפיים. חילופי מדיה אוטומטיים שומרת על עקביות תוך שמירה על שלמות האורגנואיד. הדמיה תפוקה גבוהה וניתוח בזמן אמת מספקים תובנות חשובות על התפתחות האורגנואידים. בנוסף, קבלת החלטות מונעת למידת מכונה מאפשרת לתוכנה להנחות תזמון ניסיוני על בסיס ניתוח תמונות. יכולות אלה הופכות את הביולוגיה התלת מימדית לנגישה יותר למחקר בקנה מידה גדול וגילוי תרופות.
אתה יכול לתאר את CellxPress.aiTM מערכת תרבית תאים אוטומטית וכיצד היא משפרת זרימות עבודה ביולוגיות תלת מימדיות בעלות תפוקה גבוהה?
מערכת CellxPress.AI היא פלטפורמה אוטומטית שנועדה לייעל ולקנה את זרימות העבודה האורגנוואידיות. זה משלב חממה אוטומטית, מערכת טיפול בנוזלים, תמונה בעלת תוכן גבוה ומעלית רובוטית לתנועת צלחות. מערך מקיף זה מאפשר אוטומציה מלאה של תהליכים מורכבים כמו זריעת תאים, האכלה, מעבר, הדמיה וניתוח נתונים. החוקרים יכולים ליצור זרימות עבודה הניתנות להתאמה אישית, לשלוט במהירויות פיפטה ונפחים ולהתאים את הפרוטוקולים בזמן אמת על סמך תוצאות הדמיה. רמת אוטומציה זו משפרת את ההתרבות, משפרת את היעילות ומאפשרת לחוקרים להפעיל פרוטוקולים מרובים בו זמנית, מה שהופך אותו לפיתרון רב עוצמה לגילוי תרופות בעלות תפוקה גבוהה.
איזה תפקיד ממלאת הדמיה בעלת תוכן גבוה בלימוד אורגנואידים, וכיצד הוא משווה לשיטות הדמיה דו-ממדית?
הדמיה בעלת תוכן גבוה חיונית ללימוד אורגנים מכיוון שהיא מספקת תובנות תלת מימד מפורטות ששיטות הדמיה דו-מימדיות פשוט לא יכולות לספק. טכניקות כמו הדמיה קונפוקלית מאפשרות לחוקרים לחדור למבנים אורגנואידים ולדמיין תכונות פנימיות. זה מאפשר יצירת ערימות תמונת תלת מימד לניתוח נפחי ומאפשר אפיון של צורת, גודל וצפיפות אורגנודי לאורך זמן. חוקרים יכולים גם לנתח אוכלוסיות תאים בודדות בתוך אורגנואיד כדי לפקח על הכדאיות, התפשטות ושינויים פנוטיפיים. יכולות אלה משפרות משמעותית את סינון התרופות, הערכות הרעילות ומודלים של מחלות, מה שהופך את האורגנואידים למעשיים ועוצמתיים יותר למחקר תרופות.
כיצד יכולים מבחנים פונקציונליים, כמו ניתוח שטף סידן, לספק תובנות עמוקות יותר על השפעות תרופתיות על מודלים תלת -ממדיים?
מבחנים פונקציונליים מאפשרים לחוקרים להתבונן בתגובות פיזיולוגיות בזמן אמת, ומציעות תובנות החורגות מהערכות מבניות או כדאיות. ניתוח שטף סידן הוא בעל ערך במיוחד במודלים אורגנואידים ספציפיים. באורגנואידים לבביים זה יכול למדוד את קצב פעימות, משרעת וקצביות, ולסייע בהערכת האופן בו תרופות משפיעות על תפקוד הלב. במבחנים נוירוספרואידים, שטף סידן יכול לאתר תנודות עצביות, ולהציע תובנות לגבי ההשפעות של תרופות נוירואקטיביות. בנוסף, איתות סידן לא סדיר יכול לשמש אינדיקטור מוקדם לציטוטוקסיות. מדידות קינטיות אלה מספקות מבט מקיף יותר של השפעות תרופות מאשר הדמיה של נקודת קצה סטטית.
מהן כמה דוגמאות ליישומים בעולם האמיתי שבהם זרימות עבודה אורגנודיות אוטומטיות שיפרו את תוצאות המחקר?
זרימות עבודה אורגונואידיות אוטומטיות מחקרים מתקדמים באופן משמעותי במספר תחומי מפתח. במחקר סרטן, גידולים הנגזרים מטופלים משמשים להערכת תגובות תרופות בהקשר של רפואה בהתאמה אישית. נוירוספרואידים מיושמים במודלים של מחלות נוירו -ניווניות כדי לחקור טיפולים פוטנציאליים במצבים כמו אלצהיימר ומחלת פרקינסון. בתחום סינון הקרדיוטוקסיות, מבחני תפוקה גבוהה באמצעות אורגנים לבביים משפרים את הערכת בטיחות התרופות במצבים כמו אי ספיקת לב והפרעות קצב. אורגני כבד צוברים גם משיכה כמודלים אלטרנטיביים לרעלת תרופות, ומפחיתים את ההסתמכות על בדיקות בעלי חיים. אוטומציה מאפשרת את המדרגיות של יישומים אלה, מה שמאצה תגליות תוך הפחתת עלות ושונות.
איפה אתה רואה את העתיד של ביולוגיה תלת מימדית ואוטומציה בגילוי תרופות?
העתיד של הביולוגיה התלת-ממדית טמון בשילוב של פלטפורמות אוטומטיות ומופעלות על ידי AI לחלוטין המשלבות תרבות אוטומטית וסינון זרימות עבודה עם הדמיה מתקדמת וניתוח מבוסס למידת מכונות. מערכות אלה ישלבו גם מבחנים פונקציונליים כדי לספק תובנות עמוקות יותר על התנהגות סלולרית. רפואה מותאמת אישית תפיק תועלת משמעותית כאשר אורגנואידים הנגזרים מהמטופלים הופכים לחלק שגרתי בבדיקת התרופות. על ידי התרחקות ממודלים דו-מימדיים ובעלי חיים מיושנים לעבר מערכות רלוונטיות לבני אדם, בתפוקה גבוהה, אנו יכולים להאיץ את קצב גילוי התרופות, לשפר את ההצלחה התרגומית ובסופו של דבר לספק תוצאות טובות יותר עבור חולים.
אודות מכשירים מולקולריים בריטניה בע"מ
מכשירים מולקולריים הם אחד הספקים המובילים בעולם של טכנולוגיית מדעי החיים בעלת ביצועים גבוהים. אנו מאפשרים גילוי מדעי מתקדם ללקוחות האקדמיה, הפארמה והביוטק עם פלטפורמות לצורך סינון תפוקה גבוהה, ניתוח גנומי וסלולרי, בחירת מושבה וגילוי מיקרו-צלחות. מסרטן ל- COVID-19, תרמנו לפריצות דרך מדעיות המתוארות בלמעלה מ- 230,000 פרסומים שנבדקו על ידי עמיתים.
למעלה מ 160,000 מהפתרונות החדשניים שלנו משולבים במעבדות ברחבי העולם, ומאפשרות למדענים לשפר את הפרודוקטיביות והיעילות – בסופו של דבר להאיץ את המחקר ופיתוח טיפולים חדשים. מכשירים מולקולריים ממוקמים בעמק הסיליקון, קליפורניה, עם צוותים הטובים ביותר בכיתה ברחבי העולם. למעלה מ -1,000 מקורבים מונחים על ידי צוות המנהיגות המגוונת והנשיאות המגוונת שלנו המתעדפים תרבות של שיתוף פעולה, מעורבות, גיוון והכללה.
למידע נוסף על האופן בו מכשירים מולקולריים מסייעים בתגלית מדעית מהירה, בקר באתר www.moleculardevices.com.
