Una descripción general del cribado de alto rendimiento

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¿Qué es el cribado de alto rendimiento?

La detección de alto rendimiento, o HTS, es la prueba automatizada de miles a millones de muestras biológicas, genéticas, químicas o farmacológicas. Desarrollado originalmente a principios de la década de 1990, el cribado de alto rendimiento ahora es ampliamente Se utiliza tanto en investigación básica como traslacional, y generalmente se basa en dispositivos de manipulación de líquidos, robótica, lectores de placas y software de procesamiento de datos y control de instrumentos.¹ Los investigadores utilizan una selección de alto rendimiento para identificar rápidamente a los candidatos en los que quieren centrarse para estudios adicionales.

Pasos generales y consideraciones para la detección de alto rendimiento

La miniaturización, la automatización y las lecturas rápidas de ensayos son llave consideraciones técnicas para configurar flujos de trabajo de laboratorio para la detección de alto rendimiento.² La miniaturización ayuda a reducir las cantidades de reactivos de ensayo, la automatización ahorra tiempo a los investigadores y protege contra errores de pipeteo al dispensar reactivos en el rango de microlitros a nanolitros, y los lectores rápidos y sensibles garantizan que los investigadores puedan analizar miles de muestras rápidamente. Los flujos de trabajo de detección de alto rendimiento integran cuatro componentes generales: preparación de muestras y bibliotecas, lectura de ensayos, estaciones de trabajo robóticas y automatización, y adquisición y manipulación de datos.

Preparación de muestras y bibliotecas

Los investigadores suelen preparar sus pantallas de alto rendimiento agregando muestras y otros componentes del ensayo a microplacas de 96 a 3456 pocillos. El tipo de microplacas que utilizan depende de la naturaleza de sus muestras y de los ensayos que desean realizar, un consideración crítica para medidas de control de calidad (QC).³ Las bibliotecas de muestras generalmente se almacenan en placas madre y, a menudo, se transfieren mediante estaciones de pipeteo automatizadas a las placas de ensayo. Los investigadores pueden generar estas bibliotecas con muestras creadas en sus laboratorios o comprando compuestos disponibles comercialmente.

Lectura del ensayo

Los investigadores utilizan lectores de placas o detectores para evaluar los resultados de las reacciones químicas en cada pocillo. Se encuentra disponible comercialmente una amplia gama de sistemas detectores para leer fluorescencia, luminiscencia, absorción y otros parámetros específicos de una ensayo de alto rendimiento.⁴ Una vez configurados, estos lectores necesitan una participación humana mínima o nula.

Estaciones de trabajo robóticas y automatización

En el cribado de alto rendimiento, un sistema de automatización integrado normalmente se encarga de la transferencia, adición, mezcla y lectura final de muestras y reactivos. Como parte de un sistema de automatización, los manipuladores de líquidos dispensan y mezclan reactivos para reacciones químicas. También se pueden utilizar robots para transferir las microplacas entre diferentes ubicaciones, como desde estaciones de pipeteo hasta detectores, dentro de la estación de trabajo para automatizar aún más el proceso. Un sistema HTS puede preparar y analizar muchas placas simultáneamente, con sistemas de detección de rendimiento ultraalto capaces de analizar más de 100.000 muestras en un solo día.

Ver también “Lo último en automatización de laboratorios“

Adquisición y Manejo de Datos

Debido a que el cribado de alto rendimiento puede generar una enorme cantidad de datos, los investigadores utilizan varios paquetes de software para procesar y analizar los datos y también para el control de calidad. Aún así, el análisis y la interpretación de datos siguen siendo uno de los aspectos más desafiantes de todo el proceso.

Golpes

Las muestras o compuestos que un cribado de alto rendimiento identifica como candidatos prometedores para una mayor exploración se denominan golpesy los investigadores deben determinar los parámetros de identificación específicos que sean adecuados para su ensayo.⁵ Por ejemplo, pueden elegir un valor de corte de las lecturas de detección para filtrar las muestras que no alcanzan ese umbral, o pueden elegir las muestras con el uno por ciento de actividad más alto en un ensayo.

Medidas de control de calidad

Las medidas de control de calidad garantizan la validez de los resultados de un análisis de alto rendimiento y la ausencia de control de calidad puede provocar una pérdida de tiempo y recursos. En términos generales, las medidas de control de calidad se incluyen en dos categorias: controles basados ​​en placas y controles basados ​​en muestras.⁶ Los controles basados ​​en placas caracterizan el rendimiento de los controles de una placa y pueden identificar problemas en un ensayo, como errores de pipeteo y el efecto de borde, que es causado por la evaporación de los pocillos en el borde de la placa. Los controles basados ​​en muestras caracterizan la variabilidad en las respuestas biológicas o las potencias de las muestras. Por ejemplo, la relación mínima significativa, una herramienta de control de calidad ampliamente utilizada, mide la reproducibilidad del ensayo y caracteriza las potencias de los controles o de las muestras entre ejecuciones del ensayo.

Detección de alto rendimiento en el descubrimiento de fármacos

La detección de alto rendimiento tiene varias aplicaciones en el descubrimiento de fármacos procesos.⁷ En un estudio reciente publicado en el Revista de química biológicalos investigadores utilizaron pruebas de alto rendimiento para identificar moléculas pequeñas de una biblioteca de medicamentos aprobada por la FDA que se unían específicamente a MyBP-C cardíaca (cMyBP-C).⁸ cMyBP-C interactúa con la miosina y la actina para modular los músculos cardíacos y estas moléculas pueden ser útiles para el tratamiento de pacientes con insuficiencia cardíaca.

Los investigadores también utilizan la detección de alto rendimiento en programas de medicina de precisión para elegir los medicamentos apropiados en función de las características del tumor de los pacientes. En un estudio publicado en Investigación sobre el cáncerlos investigadores examinaron una biblioteca de 126 medicamentos contra el cáncer en muestras recolectadas de niños con cáncer de alto riesgo para determinar la estrategia de tratamiento óptima.⁹

Detección de alto rendimiento en otros campos de investigación

Aunque la detección de alto rendimiento fue desarrollada originalmente por compañías farmacéuticas para encontrar objetivos farmacológicos adecuados, ahora se utiliza en otras áreas de investigación. En un estudio reciente publicado en comunicaciones de la naturaleza, Los investigadores desarrollaron un método de prueba de alto rendimiento para detectar el carcinoma hepatocelular a partir de biopsias líquidas.¹⁰ En otro estudio publicado en Modelos y mecanismos de enfermedadeslos investigadores utilizaron Caenorhabditis elegans para detectar compuestos potencialmente tóxicos en un ensayo de alto rendimiento.¹¹ Este método les permitió estudiar los diversos efectos de estos compuestos, así como muchas moléculas antiinfecciosas, sobre estos nematodos durante dos ciclos de vida.

Referencias

1. Austin CP, et al. Iniciativa de bibliotecas moleculares de los NIH. Ciencia. 2004;306(5699):1138-1139.
2. Silva TC, et al. Automatización y miniaturización: herramientas habilitantes para el desarrollo de procesos rápidos y de alto rendimiento en biofabricación continua integrada. J Chem Technol Biotecnología. 2021;97(9):2365-75.
3. Viejo DS. Selección de microplacas y prácticas recomendadas en detección de alto rendimiento y biología cuantitativa.. Manual de orientación de ensayos – Biblioteca NCBI. Publicado el 1 de junio de 2020.
4. jones e. Conceptos básicos de equipos e instrumentación de ensayo para la detección de alto rendimiento.. Manual de orientación de ensayos – NCBI Bookshelf. Publicado el 2 de abril de 2016.
5. Zhu TR, et al. Identificación de aciertos y optimización en el screening virtual: recomendaciones prácticas basadas en un análisis crítico de la literatura. Revista de química medicinal. 2013;56(17):6560-6572.
6. Chen L, et al. MQC: una métrica heurística de control de calidad para la detección de combinaciones de fármacos de alto rendimiento. Informes Científicos. 2016;6(1)
7. Aldewachi H, et al. Plataformas de detección de alto rendimiento en el descubrimiento de nuevos fármacos para enfermedades neurodegenerativas. Bioingeniería. 2021;8(2):30.
8. Manojo TA, et al. Descubrimiento de fármacos para la insuficiencia cardíaca dirigidos a la proteína C fijadora de miosina. J Biol Chem. 2023;299(12):105369.
9. Mayoh C, et al. La detección de fármacos de alto rendimiento en células tumorales primarias identifica estrategias terapéuticas para el tratamiento de niños con cáncer de alto riesgo. Cáncer Res. 2023;83(16):2716-2732.
10. Cheishvili D, et al. Una prueba de alto rendimiento permite la detección específica del carcinoma hepatocelular. comuna nacional. 2023;14(1):3306.
11. Dranchak PK, et al. Detección cuantitativa in vivo de alto rendimiento para el descubrimiento de fármacos y toxicología comparada. Dis modelo mecánico. 2023;16(3):dmm049863.