Purdue dezvoltă o platformă de tehnologie avansată pentru accelerarea descoperirii medicamentelor împotriva cancerului
Cercetătorii de la Purdue Institute for Cancer Research (PICR) au creat o platformă de tehnologie de generație următoare menită să accelereze semnificativ una dintre cele mai lente și dificile etape ale descoperirii medicamentelor pentru cancer: identificarea compușilor promițători care ar putea deveni terapii noi.
Platforma automatizată, cu un grad extrem de mare de capacitate, combină sinteza chimică, testarea biologică și spectrometria de masă într-un flux de lucru integrat, permițând cercetătorilor să genereze, să evalueze și să rafineze candidații pentru medicamente în cadrul aceluiași sistem. Această cercetare, recent publicată în Proceedings of the National Academy of Sciences, reprezintă mai bine de un deceniu de dezvoltare la Purdue și ar putea ajuta cercetătorii să progreseze mai repede împotriva țintelor dificile în cancer.
Descoperirea de medicamente este o luptă împotriva probabilităților. Cauti printr-un spațiu biologic imens și un spațiu chimic și mai vast pentru a găsi molecula potrivită pentru ținta corectă. Dacă nu poți crea compuși suficient de repede și nu-i poți testa rapid, devine o bătălie pe care o vei pierde”, a declarat Nicolás Morato.
Platforma se bazează pe spectrometria de masă prin desorbție electrospray ionizare, sau DESI-MS, o tehnologie dezvoltată la Purdue care permite cercetătorilor să analizeze și să testeze rapid compuși cu volume de probă extrem de mici și fluxuri de lucru foarte automatizate.
În mod tradițional, descoperirea medicamentelor în stadii incipiente implică etape disociate, gestionate de echipe separate. Chimiștii sintetizează compuși, biologii îi testează pe aceștia împotriva țintelor de boală, iar cercetătorii petrec timp semnificativ purificând și analizând rezultatele înainte de a repeta ciclul. Morato a menționat că chimia a rămas istoric în urma automatizării deja comune în biologie.
„Dacă mergi printr-o clădire de chimie noaptea târziu, luminile care sunt încă aprinse sunt probabil în laboratoarele de sinteză organică”, a spus Morato. „Încă vezi flask-uri pe plăci de încălzire așteptând reacții peste noapte. Între timp, biologia a evoluat într-o știință extrem de automatizată, bazată pe instrumentație. A existat o deconectare între aceste lumi.”
Sistemul de la Purdue își propune să integreze aceste etape tradiționale în fluxuri de lucru unificate pentru a identifica rapid candidați promițători pentru medicamente.
Mulți dintre noii ținti de cancer identificați recent datorită genomicei moderne, inteligenței artificiale și cercetării computaționale încă nu au medicamente și terapii eficiente. Andrew Mesecar a declarat că „noua platformă DESI-MS permite cercetătorilor să testeze rapid zeci de mii de molecule împotriva noilor ținti de cancer identificate pentru a identifica candidați terapeutici promițători”.
Tehnologia a jucat deja un rol în cercetarea legată de cancer la Purdue. Morato a descris un proiect care implică o țintă enzimatică asociată cancerului, în care abordările tradiționale au condus cercetătorii pe o cale neproductivă timp de ani de zile înainte ca platforma DESI-MS să dezvăluie rapid că un compus foarte studiat nu interacționa de fapt cu ținta așa cum se aștepta.
„A fost dificil pentru că oamenii investiseră ani de muncă în acest proiect”, a spus Morato. „Dar platforma ne-a arătat imediat că acel compus nu făcea ceea ce credeam că face. Asta ne-a permis să schimbăm direcția proiectului mult mai repede, în loc să continuăm să pierdem timp.”
Cercetătorii au folosit apoi platforma pentru a reexamina și a identifica compuși candidați mai puternici împotriva aceleași ținte.
Dezvoltarea platformei a devenit personală pentru Morato, întrucât, în perioada în care proiectul s-a orientat mai direct către descoperirea de medicamente, bunicul său a fost diagnosticat cu cancer de prostată.
„Nu mai dezvoltăm tehnologie doar de dragul tehnologiei. Construim ceva care sperăm să ajute la accelerarea tratamentelor pentru pacienți”, a afirmat Morato.
Sistemul poate realiza mai multe etape ale descoperirii timpurii a medicamentelor la viteze care, în mod tradițional, ar necesita zile sau săptămâni de muncă în laborator. Într-un flux de lucru demonstrativ descris în lucrare, cercetătorii au finalizat un ciclu de descoperire integrat în aproximativ patru ore.
Pentru Graham Cooks, care a inventat DESI cu aproape două decenii în urmă, platforma reflectă cea mai recentă etapă dintr-o lungă evoluție a tehnologiilor de spectrometrie de masă, care devin din ce în ce mai interconectate cu medicina și descoperirea de medicamente.
„Spectrometria de masă este acum o parte foarte importantă a descoperirii de medicamente”, a spus Cooks. „Fiecare mare companie farmaceutică are acum sute de oameni de știință a căror principală instrumentație este un spectrometru de masă.”
Cooks a menționat că una dintre cele mai mari obstacole rămase în descoperirea de medicamente este viteza scăzută.
„Punctul vulnerabil al descoperirii de medicamente este viteza sa scăzută”, a afirmat Cooks. „Această platformă crește viteza mai multor aspecte distincte ale descoperirii medicamentelor.”
Cooks a spus că tehnologia accelerează screeningul reacțiilor chimice, analizează automat produsele reacțiilor prin spectrometrie de masă online și permite testarea biologică să se desfășoare mai rapid prin automatizare și testarea „directă în biologie”, care evită etapele lungi de purificare.
Peste dezvoltarea medicamentelor, Cooks a afirmat că tehnologiile avansate de spectrometrie de masă sunt din ce în ce mai importante și în diagnosticul cancerului și în luarea deciziilor chirurgicale. Grupul său a petrecut ani studiind utilizarea spectrometriei de masă pentru identificarea tumorilor cerebrale și a marginilor tumorale în timpul intervențiilor chirurgicale.
„Viteza crescută a diagnosticului este de asemenea foarte dorită”, a spus Cooks. „Studiile intraoperatorii sunt promițătoare, cu profiluri metabolice care oferă informații acționabile.”
Morato a precizat că viziunea mai largă din spatele platformei nu este doar chimie mai rapidă, ci o abordare mai integrată și iterativă a descoperirii – o abordare care devine din ce în ce mai importantă pe măsură ce instrumentele de inteligență artificială generează un număr tot mai mare de candidați pentru medicamente.
„AI este la fel de bună ca datele pe care i le oferi”, a spus Morato. „Ceea ce ne permite această platformă este să generăm volume mari de date experimentale de înaltă calitate foarte repede. Asta creează posibilitatea unor cicluri mai rapide de predicție, testare și optimizare.”
Prin facilitarea generării rapide și la scară largă a datelor experimentale, platforma ar putea sprijini abordările emergente bazate pe AI în descoperirea medicamentelor.
Proiectul a fost dezvoltat cu sprijinul National Center for Advancing Translational Sciences prin programul său ASPIRE (A Specialized Platform
