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使用细胞类型特异性分析改善神经药物的开发方法
2019年10月10日    阅读量:91    新闻来源:中国风格网 stylechina.com  |  投稿

由于许多原因,研究大脑和开发针对神经系统疾病的药物一直具有挑战性,其中包括未能完全了解阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等神经系统疾病的病理。理想地,因为它们限制了副作用,所以理想的是专门针对疾病相关蛋白质的药物。但是,在着手开发针对它的药物之前,您需要知道要靶向的蛋白质中网时尚stylechina.com。研究人员如何确定在大脑复杂性中应该针对的对象?


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专注于中枢神经系统疾病的制药公司Cerevance开发了一种新方法,可以窥视特定脑细胞的基因表达。他们的核富集转录排序排序(NETSseq)平台可以利用一种技术来对特定类型的脑细胞进行特定的排序和分离,从而更仔细地研究每种类型的脑细胞。通过了解特定脑细胞中的基因表达,研究人员可以开发针对每种脑细胞特定靶标的药物,从而开发出副作用更小的靶向药物。


为了了解他们的NETSseq平台有何不同,让我们先来看一下目前如何开发和测试神经科药物。


研究脑细胞的其他方法


可以使用几种实验室技术来研究动物模型和人脑细胞(无论是在实验室中生长还是在死亡后从患者那里收集),每种技术各有优缺点。


尽管动物与人之间存在差异,但动物模型(尤其是小鼠)对于将实验室研究与人类临床试验联系起来至关重要。在研究大脑时,这些差异是显而易见的,因为与人类的大脑相比,小鼠的大脑很小(小于一分钱),这使得研究小鼠大脑的特定区域变得非常困难。老鼠和人脑之间的差异也是遗传的,而不仅仅是物理上的。


Cerevance首席执行官Brad Margus告诉BioSpace:“尽管许多基因在小鼠和人类的大脑中表达相似,但两者之间却表达了数百种基因。” 这强调了需要直接研究人的大脑和脑细胞(称为神经元或神经胶质细胞),而不是主要依靠动物模型来指导药物进入临床试验。


来自患者血液或皮肤的干细胞可用于制造诱导多能干细胞(iPSC),这些干细胞可转变为脑细胞。尽管这提供了一种研究神经元的方法,但这些脑细胞还不成熟,还很年轻(因为它们是从干细胞中产生的),这使其与成熟或衰老的脑中的神经元完全不同。因此,这种方法对于研究老年患者发现的神经退行性疾病并不是最准确的方法。


iPSC衍生的脑细胞还缺乏在完全形成的大脑中所见的复杂性和连通性。类器官(微型器官状3D细胞球)通过改善复杂性和连通性而改进了传统2D细胞培养,使其成为研究的重要踏脚石。但是,它们仍然不如完整的大脑复杂,因此直接研究人脑仍然是理想的目标。


在人脑样品中,微阵列(含有许多不同基因芯片,其每一个的点亮时的互补序列结合)已被用于研究基因表达在整个人类大脑或大脑的特定区域。但是,这仍然是一个相对粗糙的分析,将基因表达与大脑区域联系起来,不一定是特定的细胞类型。


另一种方法人脑样品中的特定细胞进行了研究是通过物理地切割所需细胞进行的免疫组织化学染色使用激光(使用方法称为脑组织载玻片激光捕获显微切割,或LCM)。LCM可提供纯净的细胞样品,可进行精确分离,并提供足够高质量的RNA进行测序,但必须在显微镜下对组织进行染色和可视化,将切除范围限制为可进行免疫组织化学染色的细胞,并在显微镜下清晰可见。显微镜。


单细胞(或其细胞核)可以直接从人脑组织中分离出来,并进行单独分析。两种主要类型的脑细胞(神经元和神经胶质细胞)通过使用荧光辅助细胞分选检测广泛表达的荧光标记来分离(FACS),该工具使用荧光标记物标记细胞(或细胞核),并根据独特的荧光标记物组合将其分类。但是,要破译更特定细胞类型中的基因表达,必须使用聚类算法对每个细胞(或细胞核)中的RNA进行测序和分析,该算法可以识别某些细胞类型中的基因表达模式。单细胞分析也不是很敏感:只能分析2,000个表达最高的基因。这不能有效地识别神经退行性疾病的分子特征,也不能评估作为潜在治疗靶点的少量蛋白质。


能够大规模地大规模研究高质量的人脑样本是理想的,但是迄今为止很难实现。Cerevance的NETSseq平台旨在解决当前的局限性并改善如何研究人脑样本的方式。


NETSseq平台


NETSseq平台最初由洛克菲勒大学的Nathaniel Heintz,Xiao Xu和其他人开发。高度特异性的探针组合可用于使用FACS直接从经过处理的死后人类大脑样本中有效地对特定的细胞类型进行分类。由于神经元的形状各异(通常只能对圆形细胞进行良好的分类),因此使用FACS不能轻易地对其进行直接分类,这就是为什么FACS以前在分类神经元细胞类型方面相对不成功的原因。但是,NETSseq通过去除神经元的核来解决该问题,神经元的核是圆形的,可以使用FACS进行分类。


用特异性抗体(针对核,内质网或膜蛋白)或RNA探针(针对细胞类型的特定基因转录本)标记细胞核(以及内质网的残余物,即附着于细胞核的细胞的另一部分),每种神经元核的独特标记组合。然后,神经元可以通过其独特的标记组合进行分离,从而可以更大规模地分离和分析每种类型的神经元,而不是单核分析。


分离后,对细胞核进行测序,以找出细胞核来自的特定神经元类型的基因表达。使用机器学习和AI分析数据,研究人员可以找出每种独特类型的脑细胞中健康基因和疾病基因表达之间的差异。


Margus说:“ NETSseq能够识别神经元核中所有表达的基因(大约10-12,000个基因)的能力来自于合并和分析给定神经元或神经胶质细胞类型的数千个核的额外灵敏度,” “这对于确定低丰度目标特别有用。”


分析神经元核的另一个好处是它们的鲁棒性:死亡后48小时内,核中的RNA保持完整,从而在死亡与脑组织收集/冻结之间留出一段时间。


Cerevance与14家大脑库合作伙伴合作,收集了8600至8岁的捐献者提供的5,600多个健康和患病的验尸大脑样本。这不仅可以分析由于衰老引起的基因表达随时间的变化,还可以分析健康和患病的大脑细胞(例如阿尔茨海默氏症或帕金森氏症的大脑)之间的基因表达。与健康神经元相比,NETSseq可以识别患病神经元中上调或下调的基因,这可能是潜在的药物靶标。在大脑不同区域的相同细胞类型之间也可以看到基因表达的差异,这表明特定大脑区域中的细胞可以被选择性靶向。


Cerevance的当前和未来临床试验


目前,Cerevance的用于帕金森氏病的主要化合物 CVN424已完成了1期试验,并正在进行定于今年晚些时候开始的2期试验。在阶段1试验通过递送单一剂量(在1,5,25,75,或225毫克)或多个递增剂量(25,75,和150毫克)评估CVN424的在64名健康参与者的安全性。该试验于今年早些时候完成,被认为是成功的,因为它达到了没有严重或严重不良事件且生命体征或实验室值没有明显变化的主要终点。预计第二阶段的试验将于今年晚些时候启动,目标是在明年夏天取得结果。


帕金森氏病通常用左旋多巴(L-dopa)(多巴胺的前体)治疗,因为随着时间的流逝,产生多巴胺的神经元死亡,帕金森病患者的大脑中产生的多巴胺越来越少。多巴胺的缺乏是造成帕金森氏症患者特征性震颤的原因。长期使用左旋多巴的不利之处在于它实际上可能导致运动障碍(异常,无法控制的运动),因为它在大脑中产生的多巴胺水平非特异性增加。相反,小分子CVN424选择性靶向在一种特定的多巴胺途径(多巴胺D2受体依赖性途径)中涉及的一种脑细胞(纹状体中的多刺神经元)中表达的蛋白质。药物的特异性意味着它可以提供左旋多巴的有益作用,而没有长期使用的副作用。


Cerevance的第二种主要药物CVN417致力于解决L-多巴引起的运动障碍本身。该药物选择性地抑制仅在某些类型的神经元(中脑中的多巴胺能神经元和蓝斑能量源的去甲肾上腺素能神经元)上表达的受体,从而可以更好地控制多巴胺信号传导并最终减少由L-的非特异性多巴胺信号传导引起的不可控制的运动。多巴。Margus指出,在临床中轻松测量震颤将使他们能够轻松快速地量化药物是否在临床上有所作为。CVN417仍处于接受IND支持研究的临床前阶段,但预计将在大约9个月内进入临床试验。


其他临床前小分子药物发现计划正在针对通过NETSseq鉴定的靶标进行验证,包括那些可调节阿尔茨海默氏病和帕金森氏病神经炎症的靶标,以及在遗传定义的患者亚群中表达的靶标。

标签:今日头条健康生活医学研究精神健康
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