大大簡化藥物發現過程的新方法

日期：2016-02-29 10:06:51

最近在《Nature Biotechnology》發表的一篇論文，來自麻省理工學院-哈佛大學布羅德研究所和Dana-Farber癌癥研究所的研究人員描述了一種新的方法，大大簡化了早期藥物發現中一個費力的實驗過程。他們的方法稱為PRISM，采用一種分子條形碼系統，以前所未有的規模和速度，在癌癥和其他細胞系上檢測潛在的藥物化合物。該系統可同時匯集和檢測多個細胞系，并有望加快靶向治療方法的發現，更好地代表疾病廣泛的遺傳多樣性。

本文資深作者、布羅德研究所首席科學官Todd Golub指出：“以前，你原則上可以在幾百個細胞系上檢測感興趣的化合物，但它需要實驗室成員去冰箱，拿出幾百瓶——每一瓶是一個細胞系，并設立幾百個細胞培養板。然后，每一次你想對化合物做出少量修改，并在細胞系之間進行一下測試，就意味著要回冰箱去取。PRISM使你從一板細胞系獲得所需要的數據，因為反復往返于冰箱而變得更麻煩。”

PRISM引入可追蹤的“條碼”，它們被融入到每個被研究的細胞系的基因組成中。條形碼在長度上是24個DNA核苷酸。我們的遺傳密碼包括四種不同的核苷酸（腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶），這些條碼足夠長，因此區別于基因組中的其他DNA片段，也允許生成一個看似無限數量的代碼。

一旦條形碼已被引入到單個細胞系中，多個細胞系可能被混合在一起作為一個“池（pool）”，然后它們被暴露于一種化合物。在實驗結束時，計算每個條形碼的數量作為一個讀數，可揭示每個細胞系中有多少細胞在暴露于化合物后存活下來。

PRISM的匯集潛力有助于解決癌癥研究中的一個持續性問題：如何以一種反映疾病（如癌癥）遺傳多樣性的方式，來有效地檢測潛在的藥物。眾所周知腫瘤是異質性的——是基因突變的產物，這些基因突變在一種特殊類型的癌癥中可能是常見的，也可能或極其罕見的。PRISM可讓研究人員能夠在幾十或幾百個細胞系中測試一種化合物，每一個細胞系都包含不同的突變，它們合為一體。

本文第一作者、Golub實驗室博士后Channing Yu表示：“癌癥研究的一個長期挑戰在于，找到一種方法，發現足夠復雜、因此能代表癌癥的藥物，但又很容易以至于在更大的尺度上進行實驗室研究是可行的。我們創建了PRISM的方法，專門解決這個問題。”

了解哪些癌癥細胞系（引申開來，哪些突變）可能對一個特定的化合物或藥物產生反應，對于靶向治療有著深遠的影響。靶定每個病人的特殊形式的癌癥，是“精確醫學”的一個目標。精密醫學的核心是認識到，如果一種疾病的生物學基礎條件在患者之間是不同的，那么，對治療的反應，也會有所不同。

Golub說：“在腫瘤學領域更普遍的一點是，了解疾病的遺傳多樣性是非常重要的。在疾病分子多樣性的背景下，我們才有真正的力量，來理解潛在的藥物如何起作用。PRISM降低了研究這種遺傳復雜性的障礙，它提供了一個更廣泛的視角，來觀察和理解一種化合物在不同癌癥類型之間的活性。”

在藥物發現的最早期階段，基因多樣性的擴展可以讓我們識別新的腫瘤靶點。研究人員指出，PRISM使得我們更容易分析形形色色的癌癥。

PRISM方法的可定制設計，也使其能夠在不同的設置中執行。該方法可以適用于大型基因組中心或小型學術實驗室。它可以在很大的深度上研究一種特殊的化合物，或在藥物發現研究中進行更廣泛的篩選。細胞系的數目，也會因實驗的不同而有所不同，人們可以測試一小部分細胞系或它們當中的數百個。

Yu說：“這種方法是模塊化的，可以用在許多不同類型的實驗中。無論實驗的規模是非常小還是非常大，PRISM都能提供潛力來簡化它，使它更加可行。”

Golub的團隊使用一種珠雜交條形碼讀出系統，它已經與DNA、RNA和蛋白質一起“久經沙場”，作為這種方法的基礎。在102個細胞株上檢測8400種化合物的一次發現篩查中，PRISM帶領研究人員確定了一種特定的新化合物——BRD-7880；其對面板上的細胞株的特殊作用，迅速帶領他們發現，這種化合物通過抑制極光激酶B（一種酶，參與在一些癌癥中異常調節的細胞分裂），而發揮作用。該系統使該研究小組一次可讀取多達500個條碼，但研究人員說，批量大小可能有所差異。此外，可以采用新一代基因組測序技術讀出條碼。