211service.com
Een betere toxiciteitstest voor drugs
Een nieuwe methode om kleine veranderingen in de structuur van levercellen waar te nemen, gebaseerd op de manier waarop ze licht verstrooien, zou een snellere, efficiëntere manier kunnen bieden om de toxiciteit van medicijnen en de schadelijke effecten van milieuverontreinigende stoffen te testen.
Rattenlevercellen die op een poreuze siliciumchip zijn geplaatst, lichten op (b) als ze afsterven door een giftige dosis paracetamol (Tylenol). (Met dank aan Sara Alvarez, Austin Derfus en Michael Schwartz, UCSD.)
Levertoxiciteit is de meest voorkomende reden voor fabrikanten om medicijnen te stoppen en voor de Food and Drug Administration om goedkeuring van nieuwe medicijnen te weigeren. Inderdaad, een derde van alle geneesmiddelen faalt in klinische proeven vanwege een dergelijke toxiciteit. Bovendien zijn de huidige in-vitro toxiciteitstesten vervelend en gecompliceerd, omdat onderzoekers de cellen periodiek onder een microscoop moeten bekijken of genetisch een fluorescerende kleurstof in de cellen moeten inbrengen. Bovendien gebruiken bestaande tests vaak chemische stoffen die de cellen doden, zodat onderzoekers tijdens een onderzoek verschillende celculturen moeten gebruiken, wat het resultaat beïnvloedt.
Het nieuwe apparaat is ontwikkeld door Michael Zeeman , professor in de afdeling chemie en biochemie aan de Universiteit van Californië, San Diego, en Sangeeta Bhatia, universitair hoofddocent bij de afdeling gezondheidswetenschappen en technologie en de afdeling elektrotechniek en computerwetenschappen aan het MIT. Het bestaat uit een poreus silicium chip waarop cellen dagenlang kunnen leven, en een goedkope detector voor geladen gekoppelde apparaten zoals die in digitale camera's wordt aangetroffen. Het kan levende cellen continu monitoren en eerder dan de huidige tests aangeven of een verbinding de cellen schaadt, op basis van hoeveel licht ze reflecteren ( papieren samenvatting ).
De onderzoekers creëren het poreuze substraat door siliciumchips in fluorwaterstofzuur te plaatsen en een elektrische stroom door de oplossing te leiden. Dit vormt cilindrische putten met een diameter van enkele honderden nanometers op het oppervlak. De kleine putjes zorgen ervoor dat het poreuze silicium licht met een scherpe frequentie reflecteert, een bekende eigenschap die niet wordt gezien in gewoon silicium. De onderzoekers kunnen de poriën manipuleren om de frequentie te regelen.
Vervolgens bedekken de onderzoekers de chip met polystyreen om een oppervlak te maken dat lijkt op een petrischaal. Wanneer cellen op het oppervlak worden geplaatst, verstrooien ze het gereflecteerde licht, waardoor de intensiteit van het licht dat op de detector valt, afneemt. Naarmate de cellen verdorren of afsterven, verandert hun structuur, waardoor de intensiteit van het licht bij de detector toeneemt. De cellen lichten op als kleine vuurtorens als ze sterven, zegt Sailor.
In het lab plaatsten de onderzoekers rattenlevercellen op de chip en behandelden ze met giftige doses cadmium en de pijnstiller paracetamol. Ze ontdekten dat de sensor ten minste twee uur vóór conventionele tests veranderingen in de cellen detecteerde. Ze zijn van plan het apparaat binnenkort te testen met menselijke levercellen.
Anderen zijn onder de indruk van hoe vroeg het apparaat toxiciteit in de cellen lijkt te detecteren. Wanneer sommige traditionele manieren nog geen uitlezing zouden geven, toont deze methode al het toxische effect, zegt Erkki Ruoslahti, die celbiologie en kanker bestudeert aan het Burnham Institute for Medical Research in La Jolla, CA. Dit kan een snel, snel antwoord geven in een kortere tijd en met veel minder inspanning.
Sailor zegt dat de eenvoudige techniek farmaceutische bedrijven tijd en geld zou kunnen besparen omdat ze giftige stoffen vroeg in het proces van het testen van medicijnen zouden kunnen elimineren. Het is een hulpmiddel om het proces van het ontdekken van medicijnen te versnellen, zegt hij, eraan toevoegend dat het de huidige cellulaire tests zou vergroten.
Op dit moment screenen wetenschappers nieuwe medicijnen voordat ze op mensen worden getest met in-vitrotests op levercellen van ratten. In deze tests introduceren ze het medicijn in levercellen die zijn gekweekt in petrischalen die in incubators zijn geplaatst. Met regelmatige tussenpozen moeten ze de cellen onder de microscoop analyseren om erachter te komen hoeveel cellen er dood zijn. Om dat te doen, moeten ze chemicaliën toevoegen die de resterende cellen wijzigen of doden. Bovendien heeft elk experiment honderden petrischalen en celculturen nodig, wat de kosten verhoogt. Liever doe je metingen in realtime, en in plaats van elk half uur een schotel eruit te halen, heb je iets dat cellen in de couveuse bewaakt, zegt Sailor.
Jonathan Dordick, professor in de afdeling chemische en biologische technologie aan het Rennselaer Polytechnic Institute, zegt dat het grote voordeel van de techniek is dat het het geleidelijke effect van een toxine op cellen kan volgen. Dat is handig omdat veel verbindingen niet meteen giftig zijn, zegt hij. Het maakt het volgens hem mogelijk om op een eenvoudige manier de gezondheid van dezelfde groep cellen in de loop van de tijd te volgen zonder ze te veranderen of te doden.
Verder zegt Sailor dat het nieuwe apparaat meerdere experimenten tegelijk zou kunnen toestaan. Een poreuze siliciumchip ter grootte van een kwart kan tot 10.000 verschillende testlocaties bevatten, elk gemaakt om licht met een specifieke frequentie te reflecteren. Men zou dan kleine bundels cellen op de sites kunnen plaatsen en het toxische effect van verschillende toxineconcentraties of medicijncombinaties kunnen testen.
Het team heeft een onderzoeksovereenkomst met het Hitachi Chemical Research Center in Irvine, CA, dat zal proberen de technologie te commercialiseren.