Исследователи во главе с Клиффордом Вульфом, доктором медицины, директором F.M. Центр нейробиологии Кирби в Бостонском детском центре и первые авторы Сюань Хуанг, доктор философии, и Каспер Рут, доктор философии, в лаборатории Вульфа описывают платформу и свои выводы 8 июня в журнале Cell Reports.
Чтобы создать двигательные нейроны, используемые для скрининга лекарств, команда использовала индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, полученные лабораторией Кевина Эггана в Гарвардском университете из образцов тканей пациентов с БАС, несущих мутацию SOD1 (A4V).
Лаборатория Вульфа также разработала высокопроизводительную технологию визуализации живых клеток для измерения гипервозбудимости мотонейронов – тенденции к чрезмерному «возбуждению» – до и после воздействия лекарств-кандидатов. Вульф и его коллеги ранее показали, что двигательные нейроны человека с мутациями БАС более возбудимы, чем нормальные двигательные нейроны.
«Эта гипервозбудимость делает мотонейроны более восприимчивыми к дегенерации и, в конечном итоге, к смерти», – говорит Вульф. «Наша платформа визуализации может быстро оценить гиперактивность в 384-луночных планшетах мотонейронов и проверить реакцию клеток на тысячи различных лекарств."
Технология, получившая название GCaMP imaging, ранее не использовалась в массовом масштабе для лечения БАС. GCaMP – это флуоресцентный репортер уровней кальция в нейронах, индикатор того, как часто нейроны запускают потенциалы действия.
В целом, исследователи проверили библиотеку из 2900 лекарств от Pfizer с известными аннотированными действиями.
После трех раундов скрининга они обнаружили 67 соединений, которые снижали гипервозбудимость двигательных нейронов, полученных от пациентов, не вызывая токсичности.
«Проведя скрининг, направленный на изменение фенотипа болезни двигательных нейронов БАС, а именно гипервозбудимости, мы смогли обнаружить новые цели и механизмы болезни и беспристрастно подтвердить другие», – говорит Вульф.
Дальнейшие исследования сосредоточились на 13 потенциальных лекарствах-мишенях с наибольшим эффектом, семь из которых принадлежали к двум классам (рецепторы AMPA и калиевые каналы Kv7), которые, как уже известно, связаны с гипервозбудимостью БАС.
В недавнем клиническом исследовании было обнаружено, что препараты, открывающие канал Kv7, снижают повышенную возбудимость двигательных нейронов при БАС. QurAlis, компания, основанная Вулфом, Эгганом и Роутом, разрабатывает эти препараты для лечения БАС.
Текущее исследование также обнаружило многообещающий новый класс препаратов-кандидатов, агонистов дофаминового рецептора D2 (DRD2).
Роль этих рецепторов в повышенной возбудимости двигательных нейронов ранее не была признана. Некоторые агонисты DRD2 (бромокриптин, суманирол) коммерчески доступны, что открывает возможность их использования у пациентов с БАС.
«Наши результаты показывают, что экраны нейронной возбудимости являются мощной платформой для обнаружения релевантных мишеней, поддающихся лечению», – говорит Вульф. «Мы считаем, что его можно применить к другим неврологическим заболеваниям, которые связаны с возбудимостью нейронов, таким как эпилепсия и другие нейродегенеративные расстройства, такие как болезнь Альцгеймера."
Вульф продолжает использовать платформы для скрининга нейронов человека для выявления новых целей для лечения боли и нейропатии.
«Одна из самых сложных задач при открытии лекарств – это определение цели, которая играет ключевую роль в процессе болезни», – говорит он. "Использование нейронов, полученных от пациентов, для моделирования заболеваний и тестирования больших наборов соединений, мишени которых известны, может стать движущей силой для разработки новых методов лечения."
Это исследование финансировалось Target ALS, Центрами терапевтических инноваций Pfizer (CTI), постдокторской стипендией ALSA Милтона Сафеновица и Национальными институтами здравоохранения. Авторы заявляют о наличии следующих конкурирующих финансовых интересов: Рут, Вульф и Эгган являются основателями QurAlis Corporation.
Роэт – генеральный директор QurAlis. Соавторы Лиин Чжан, Эми Браулт, Эллисон Берг, Энн Джефферсон, Джеки Клаг-МакЛеод, Карен Лич, Фабьен Винсент, Хунъин Ян, Энтони Койл и Лин Джонс являются нынешними или предыдущими сотрудниками Pfizer Inc.