Неліктен жоғары өнімділікті скрининг үшін ластанбаған ыдыстар (well plates) маңызды құрал болып табылады

Қазіргі заманғы өмір ғылымдары мен дәрі-дәрмектерді ашу саласында жүздеген немесе тіпті мыңдаған тәжірибелік үлгілерді бір уақытта өңдеу мүмкіндігі негізгі талапқа айналды. жоғары өткізгіштікпен скрининг жүргізуге арналған ыдыстар осы мүмкіндікті іске асыратын негізгі технология ретінде пайда болды және зерттеушілерге параллель тәжірибелер жүргізуге арналған стандартталған, масштабталатын және өте тиімді платформа ұсынды. Осы дәлме-дәл жасалған құралдарсыз фармацевтикалық зерттеулердің, геномика мен клеткалық биологияның қарқыны әлдеқайда баяу болар еді, ал ашу шығындары әлдеқайда жоғары болар еді.

Жоғары өнімділікті скринингте (ЖӨС) ластанба табақтарының рөлі қарапайым үлгілерді сақтаудан әлдеқайда асып түреді. Бұл көпшілік ластанба форматтары автоматтандыруды қолдайтындай, реагенттердің тұтынуын азайтатындай, аралас зақымдануды азайтатындай және мыңдаған бір уақытта жүргізілетін анализдер бойынша қайталанатын нәтижелер беретіндай етіп дәл құрылған. Ластанба табақтарының ЖӨС жұмыс процестері үшін қаншалықты маңызды екенін түсіну үшін олардың конструкциялық логикасын, функционалдық универсалдығын және олардың нақты қандай ғылыми талаптарға сай жасалғанын қарастыру қажет.

Жоғары өнімділікті скринингте ластанба табақтарының негізгі рөлі

Масштабтауға мүмкіндік беретін стандарттау

Жоғары өнімділікті скрининг үшін ластанбаған табақтардың маңыздылығының бірі – олардың физикалық өлшемдеріне қатысты әлемдік стандарттау. ANSI/SLAS стандарты ластанбаған табақтардың дәл аумақтық өлшемдерін, лункалардың арақашықтығын және табақтың биіктігін анықтайды, сондықтан олар сұйықтықпен жұмыс істейтін роботтарға, табақты оқитын құрылғыларға, инкубаторларға және сақтау жүйелеріне қолайлы түрде кірістіріле алады. Бұл стандарттау 96 лункалы табақтың бір зертханада қолданылуы оның әлемнің кез келген басқа жеріндегі автоматтандырылған құрылғылармен физикалық және функционалдық тұрғыдан үйлесімді болуын қамтамасыз етеді.

Бұл сәйкестік — оңайлықтың жай ғана бір түрі емес, бұл кез келген жоғары өнімділікті операцияның архитектуралық негізі. Стандартталған ластанбаған ыдыстар (well plates) болмаса, әрбір құрылғы, бағдарламалық жабдық және протокол әрбір ыдыстың геометриясына жеке реттелуі керек болар еді. Нәтижесінде өте төменгі тиімділік, қателіктердің жиілігінің артуы және қымбатқа түсуі пайда болар еді. Стандарттау ластанбаған ыдыстарды (well plates) қарапайым ыдыстардан биология мен автоматтандырудың универсалды интерфейсіне айналдырады.

Тәжірибеде бұл зерттеу тобының скринингтік кампанияны жобалауы, ластанбаған ыдыстарды (well plates) сатып алуы, сұйықтықпен басқару жүйесін бағдарламалауы және мыңдаған анализдерді жүргізуі физикалық сәйкессіздік туралы ойланбауға мүмкіндік береді. Пластина (plate) — бұл операциялық ұшқырлықтың үнсіз қозғаушы күші, оның маңызы әрбір жұмыс үрдісінің қадамында сезіледі.

Эксперименттік жағдайлардың параллельді орындалуы

Жоғары өнімділікті скрининг негізінен бірнеше шартты тізбектей емес, параллель түрде тексеруді қамтиды. Жақсы жасалған пластинкалар (пластиналар) дискретті, бір-бірінен бөлек реакциялық ыдыстарды тығыз матрица түрінде орналастыру арқылы осыны іске асырады. Мысалы, бір 96-жақшалы пластина зерттеушіге бір эксперименттік жүргізу кезінде 96 әртүрлі қосылыс, концентрация немесе шартты тексеруге мүмкіндік береді. 384-жақшалы пластина осы сыйымдылықты төрт есе арттырады, ал 1536-жақшалы пластиналар оны одан да ары ұлғайтады.

Осы параллельдеу скринингті баяу, ресурстарды көп талап ететін процестен шынымен жоғары өнімділікті операцияға айналдырады. Күніне бір эксперимент жүргізу орнына жақсы жабдықталған жоғары өнімділікті скрининг (ЖӨС) зертханасы пластиналарды қолдана отырып, зерттеушінің күніне ондаған мыңдарға дейін деректер нүктесін жүзеге асыруына мүмкіндік береді. Деректерге жету уақытының қысқаруы тек өнімділікті арттыруға ғана емес — дәрілерді ашу мен биологиялық зерттеулерде ізделінді заттарды тез анықтауға ғылыми артықшылық береді.

Жақсы тәжірибелік пластинкалардың геометриясы оң және теріс бақылаулық үлгілерді әрбір пластинкаға енгізуге мүмкіндік береді, сондықтан әрбір тәжірибе өзінің ішкі салыстыру нүктелерін қамтиды. Бұл жобалау принципі деректердің сапасын жақсартады және пластинка-пластинка арасындағы айырымды анықтауды жеңілдетеді, бұл үлкен экрандау деректер жиынтығын басқарған кезде өте маңызды.

Пластинкалардың пішіндері және олардың экрандауға арналған артықшылықтары

Сіздің анализіңіз үшін дұрыс ұяшық санын таңдау

Пластинкалар әртүрлі стандартты пішіндерде ұсынылады; зерттеу мен өнеркәсіпте ең кең тараған пішіндер — 6, 12, 24, 48, 96 және 384 ұяшықты конфигурациялар. Әрбір пішін талдау түріне, қолда бар автоматтандыру инфрақұрылымына және өңделетін үлгілер көлеміне байланысты өзіндік артықшылықтарға ие. Сәйкес пішінді таңдау — шығыс көрсеткішін, құн тиімділігін және деректердің сапасын тікелей әсер ететін маңызды шешім.

Клетка популяциясы көп, орта көлемі көп немесе қолмен жұмыс істеу қажет болатын зерттеулер үшін әдетте 6-жақты және 24-жақты төмен тығыздықтағы ластанбаған ыдыстар қолданылады. Бұл ыдыстар көбінесе клеткалық мәдениетте, трансфекциялық эксперименттерде және үлкен клеткалық колониялардың суретін түсіру қажет болатын зерттеулерде қолданылады. Үлкен жақ көлемі биологиялық материалдардың кең ауқымын орналастыруға мүмкіндік береді, ал бұл жоғары тығыздықтағы ыдыстарда қажет болатын дәл сұйықтықпен жұмыс істеуді қажет етпейді.

Керісінше, 96-жақты және 384-жақты ыдыстар автоматтандырылған жоғары өнімділікті скринингтің негізгі құралдары болып табылады. 96-жақты формат қолданылуы өте кең таралған, сондықтан көптеген ЖӨС (жоғары өнімділікті скрининг) құрылғылары мен протоколдары оны базалық стандарт ретінде пайдалануға оптимизацияланған. 96-жақты форматтағы ыдыстар көпканалды пипеткалар немесе роботтандырылған дозалау жүйелерімен бірге қолданылған кезде бір оператор сағатына жүздеген тәжірибелік үлгілерді тұрақты дәлдікпен өңдей алады.

Беттің өңделуі және клеткалық мәдениетке үйлесімділігі

Барлық ластанбаған табақшалар беттің химиялық құрамы бойынша бірдей емес, және бұл айырым биологиялық скрининг қолданбаларында өте маңызды. Жасушаларды өсіру үшін арналған табақшалар әдетте жасушалардың бекінуін, жайылуын және көбеюін қамтамасыз етуге арналған өңделген беттермен шығарылады. Бұл беттің өңдеуі — жиі плазмалық өңдеу немесе экстрацеллюлярлық матрицаның ақуыздарымен қаптау — жай пластикалық бетті физиологиялық өсу жағдайларын имитациялайтын субстратқа айналдырады.

Жоғары өнімділікті жасушалық негізделген анализдер үшін, олар қазіргі заманғы дәрілерді ашу бойынша скринингтік бағдарламалардың үлкен бөлігін құрайды, дұрыс бет өңдеуі бар табақшаларды қолдану міндетті шарт болып табылады — биологиялық тұрғыдан мағыналы деректер алу үшін бұл шарт қажет. Дұрыс бекінбеген жасушалар аномальды морфологияға, өзгерген ген экспрессиясына және сынақ заттарына сенімсіз жауап беруге ұшырайды. Табақшаның бетінің сапасы өлшенетін биологиялық сигналдың сапасын тікелей анықтайды.

Тінтуриалық мәдениетке арналған ұяшықты пластинкалар белгілі инкубациялық жағдайларда сүтқоректілердің жасуша сызықтарын қолдау үшін арнайы жасалған. Олардың тұрақты беттік қасиеттері скринингтік пластинканың қайталанатын ұяшықтарының бірдей тәртіпте әрекет етуін қамтамасыз етеді, ол ұяшықтан ұяшыққа дейінгі айырымды азайтады және зерттеудің статистикалық қуатын арттырады. Бұл қайталанғыштық — тінтуриалық мәдениетке арналған пластинкаларды жоғары өнімділікті скрининг (HTS) ортасында жалпы зертханалық ыдыстарға қарағанда қолдануға болатын негізгі себептердің бірі.

Автоматтандыруға сәйкестік және жұмыс үрдісіне интеграция

Ұяшықты пластинкалар қалай роботтандырылған сұйықтықпен жұмыс істеуді қамтамасыз етеді

Жақсы тәжірибелік пластиналар мен зертханалық автоматтандыру арасындағы қатынас терең бір-біріне тәуелді. Қазіргі заманғы ЖЖС (жоғары өткізгіштік скрининг) орталықтары реагенттерді, қосылыстарды және биологиялық материалдарды нанолитрден микролитрге дейінгі көлемде жеке жақсы тәжірибелік пластиналарға жоғары дәлдікпен және жылдамдықпен құю үшін роботтық сұйықтық өңдеу жүйелеріне сүйенеді. Бұл роботтар белгіленген геометриялық параметрлерге ие жақсы тәжірибелік пластиналармен әрекеттесуге калибрленген, ал пластиналардың физикалық өлшемдерінің тұрақтылығы автоматтандырылған құюдың сенімділігін қамтамасыз етеді.

Жақсы тәжірибелік пластиналар автоматтандырылған құю құрылғыларымен қолданылған кезде адамның пипеткалау қателігі тәжірибеде жойылады. Роботтық жүйелер бүкіл пластина бойынша сұйықтық құюы үшін вариация коэффициентін 5% төменгі деңгейге жеткізе алады — бұл көрсеткіш жүздеген репликалар бойынша қолмен қол жеткізу қиынға түсетін тұрақтылық деңгейі. Бұл дәлдік доза-жауаптық анализдерде маңызды рөл атқарады, себебі қосылыстың концентрациясындағы незіл өзгерістер өлшенетін биологиялық нәтижеге маңызды әсер етуі мүмкін.

Сонымен қатар, автоматтандырылған пластинкалардың тасымалдаушылары сұйықтықтың өңдеушісінен инкубаторға дейін және одан әрі пластиналарды оқитын құрылғыға дейін пластиналарды адамның қатысуынсыз жылжытады, бұл әрбір анализге кететін уақытты және сынамалардың араласуы немесе ластану қаупін азайтады. Пластина — бұл автоматтандырылған жұмыс үдерісі арқылы өтетін физикалық токен болып табылады; ол сынамаларды тасымалдайды және әрбір қадамда олардың орналасуын сақтайды.

Анықтау және көріністерді түсіру жүйелерімен интеграция

Пластиналар сонымен қатар флуоресценттік пластиналарды оқитын құрылғылар, люминесценттік оқитын құрылғылар, абсорбциялық оқитын құрылғылар және жоғары мазмұнды көріністерді түсіру жүйелері сияқты кең спектрлі анықтау құрылғыларымен тікелей үйлесімді болу үшін әзірленген. Пластиналардың оптикалық қасиеттері — олар мөлдір, ақ немесе қара болса — қолданылатын анықтау әдісіне байланысты таңдалады. Абсорбция мен өтетін жарықтың көріністерін түсіру үшін мөлдір пластиналар қолданылады, люминесценттік сигналды максималдап шығару үшін ақ пластиналар, ал фондық флуоресценцияны азайту үшін қара пластиналар қолданылады.

Бұл оптикалық инженерлік шешім кездейсоқ емес — бұл белгілі бір анықтау әдістерінде ыдыстардың тиімді жұмыс істеуін қамтамасыз ететін мақсатты дизайн сипаты. Берілген анализге қолайсыз ыдыс түрін пайдалану сигнал/шудың қатынасын қатты төмендетіп, жалған теріс нәтижелер немесе сенімсіз деректерге әкелуі мүмкін. Жоғары өнімділікті скрининг (HTS) ортасында жұмыс істейтін зерттеушілер ыдыстарды тек ұяшықтар саны бойынша ғана емес, сонымен қатар барлық анализ жүйесімен оптикалық, химиялық және биологиялық үйлесімділігі бойынша да таңдауы қажет.

Жоғары мазмұнды визуализация (High-content imaging) — бұл әрбір жүргізілетін талдауда мыңдаған ұяшықтан ұсақ ұлпа морфологиясы бойынша толық ақпарат алуға мүмкіндік беретін әдіс; ол ыдыстарға ерекше талап қояды. Ыдыстың табаны оптикалық тұрғыдан толық шыныққан және дәл жазық болуы керек, сонда визуализация аймағында фокус қалыпты ұсталады. Арнайы визуализация ыдыстары әдетте бұл талаптарды қанағаттандыру үшін шыны немесе оптикалық сапалы полимерден жасалған табанға ие болады, сонымен қатар олардың автоматтандырылған микроскопиялық кезеңдермен үйлесімділігі фенотиптік скринингтің көлемді түрлерін жүргізу үшін маңызды.

Дәрі іздеу саласындағы ұяшықты табақтардың экономикалық және ғылыми тиімділігі

Деректердің сапасын төмендетпей реагенттердің құнын азайту

Жоғары өнімділікті скринингте ұяшықты табақтарды қолданудың ең әсерлі экономикалық негіздемелерінің бірі — ұяшықтардың тығыздығы артқан сайын әрбір үлгіге кететін реагенттердің құнын қатты төмендету. 96 ұяшықты пішіннен 384 ұяшықты пішінге көшу әрбір ұяшықтағы жұмыс көлемін шамамен 100–200 микролитрден 25–50 микролитрге дейін, ал 1536 ұяшықты табақтарда — 1–10 микролитрге дейін төмендетеді. Бұл миниатюризация тікелей қымбат реагенттердің, жасушалық мәдениет ортасының және сынақ заттарының әрбір деректер нүктесіне қажетті мөлшерін азайтады.

Дәрі-дәрмектерді ашу саласында қосылыстар қоры жүздеген мыңдаған химиялық қосылыстардан тұруы мүмкін, ал әрбір қосылыс шектеулі мөлшерде ғана болуы мүмкін; сондықтан төмен көлемде скрининг жасау қабілеті тек экономикалық тиімділікті ғана қамтамасыз етпейді — ол операциялық тұрғыдан да қажеттілік. Жоғары тығыздықтағы лақтырғыштар (луночки) зерттеу топтарына қосылыстар жинағын бірнеше рет скринингке ұшыратуға, қорларды толығымен жұмсаусыз қайталанатын және өзара тәуелсіз растаулық анализдерді жүргізуге мүмкіндік береді, бұл табылған қосылыстардың (hit) анықталуының сенімділігін арттырады.

Үлкен скрининг кампаниясы барысында тиімді лақтырғыштарды пайдаланудан туындайтын жинақталған шығындар құны жүздеген мың долларға жетуі мүмкін, сондықтан лақтырғыш форматын таңдау дәрі-дәрмектерді ашу бағдарламасының жалпы экономикасында маңызды фактор болып табылады. Дәрі-дәрмек компаниялары мен келісімдік зерттеу ұйымдары өз лақтырғыш форматтарын және анализдерді миниатюризациялау стратегияларын оптимизациялауға көп қаржы салатындығының бір себебі де осы.

Үлкен скринингтер бойынша қайталанғыштық пен деректердің бүтіндігі

Қайталанғыштық — жоғары өнімділікті скринингтің ғылыми негізі болып табылады, ал лотоктар оны қамтамасыз етуге орталық рөл атқарады. Пластиналардың әрбір лотогы бірдей өлшемдерде, беттік өңдеумен және материалдық сипаттамалармен шығарылады, сондықтан әрбір лотодағы эксперименттік жағдайлар физикалық мүмкіндіктер шеңберінде мүмкіндігінше бірдей болады. Осы біркелкілік зерттеушілерге анықтама сигналындағы айырмашылықтарды тек қана зерттелетін биологиялық айнымалыға, ал пластина ыдысының өзіндегі айырмашылыққа емес, байланыстыруға мүмкіндік береді.

Сондықтан жоғары өнімділікті скрининг қолданбалары үшін лотоктарды шығаруда сериядан-серияға дейінгі тұрақтылық — маңызды сапа көрсеткіші болып табылады. Ұзақ мерзімді скрининг кампанияларын жүргізетін зерттеу топтары жиі беттік өңдеу, оптикалық ашықтық немесе материалдық құрамдағы мүмкін болатын партиядан-партияға дейінгі айырмашылықтарды жою үшін бір ғана шығару партиясынан лотоктарды алдын ала резервтейді. Бұл сапаға қойылатын талап деңгейі қазіргі заманғы жоғары өнімділікті скринингтік анализдердің физикалық ортаға қандай сезімтал екендігін көрсетеді.

Көптеген мың жақшалар мен жүздеген табақтар бойынша жақшалар табағы тұрақты, қайталанатын нәтижелер берген кезде, алынған деректер жиынына ғылыми сенім әлдеқайда артады. Бұл сенім зерттеу топтарына жоғары өткізгіштікті скрининг (ЖӨС) деректеріне сүйене отырып, дәрілік кандидаттар бойынша «жасау» немесе «жасамау» шешімдерін қабылдауға мүмкіндік береді және жоғары өткізгіштікті скринингті ашу стратегиясы ретінде барлық құндылық ұсынысын негіздейді.

Жиі қойылатын сұрақтар

Жақшалар табағын басқа зертханалық ыдыстармен салыстырғанда жоғары өткізгіштікті скринингке арналғанын не қылады?

Жақсы тәртіптелген ыдыстар стандартты өлшемдерге, көп-жақшалы пішіндерге және басқа кеңінен қолданылатын зертханалық ыдыстарда болмайтын автоматтандырылған геометриялық пішіндерге ие. Олардың орналасуы ондағаннан мыңдағанға дейінгі эксперименттерді шағын аумақта бір уақытта жүргізуге мүмкіндік береді, ал роботтандырылған сұйықтық қозғалтқыштары, пластинкаларды оқитын құрылғылар мен инкубаторлармен үйлесімділігі оларды автоматтандырылған, жоғары көлемді жұмыс үдерістері үшін ерекше қолайлы етеді. Басқа ыдыстар — мысалы, колбалар немесе түтікшелер — жеке өңделуді талап етеді және жақшалы пластинкалардың қамтамасыз ететін масштабта параллельді өңдеуге қол жеткізілмейді.

Сіздің скринингтік анализіңіз үшін 96-жақшалы пластинка мен 384-жақшалы пластинканың қайсысын таңдау керек?

Таңдау негізінен анализ көлемі талаптарына, төмен көлемдерде жұмыс істей алатын автоматтандырылған сұйықтықтарды өңдеу жабдықтарының болуына және экрандауға жататын үлгілердің жалпы санына байланысты. 96-ойықты табақ қолмен немесе жартылай автоматтандырылған жұмыс процестері үшін көбірек тұрақты болып табылады және үлкен үлгі көлемдерін орналастыруға мүмкіндік береді, сондықтан ол биологиялық материалдың көп мөлшері қажет етілетін анализдерге қолайлы. 384-ойықты табақ бір реттік табақтық жүргізу кезінде төрт есе көп өнімділік береді, бірақ төмен көлемдерде дәл роботтық дозалауды талап етеді және реагенттердің құнын азайту да маңызды болғанда толығымен автоматтандырылған ЖЖС (жоғары өнімділікті скрининг) ортасына жақсы сәйкес келеді.

Экрандау үшін қолданылатын клеткалық мәдениет ойықты табақтарында беттің өңделуі неге маңызды?

Жасушаларды мәдениетке енгізу үшін қолданылатын ұяшықтық табақшалардың бетін өңдеу жасушалардың пластик бетіне қаншалықты жақсы бекітілетінін, оның бойымен қаншалықты жақсы таралатынын және көбеюін анықтайды. Сәйкес өңдеу болмаған жағдайда көптеген сүтқоректі жасушалардың көптеген түрлері дұрыс бекімейді, бұл жасушалардың денсаулығының нашарлануына, биологиялық процестердің бұзылуына және сапасыз зерттеу нәтижелеріне әкеледі. Тін мәдениетіне арналған ұяшықтық табақшалар физиологиялық субстраттарды имитациялайтын өзгертілген беттік химияға ие, сондықтан жасушалар экрандау эксперименті барысында қалыпты тәртіпте әрекет етеді және зерттеу нәтижелері жасушалардың нашар өсіру шарттарынан туындаған артефакттар емес, нағыз биологиялық жауаптарды көрсетеді.

Ұяшықтық табақшаларды бірнеше экрандау эксперименттерінде қайтадан қолдануға бола ма?

Көптеген жоғары өнімділікті скринингтік қолданбаларда ұяшықты пластинкалар нәтижелердің сенімділігін қамтамасыз ету үшін бір рет қолданылатын тұтыну өнімдері ретінде қолданылады, қайта қолданылмайды. Себебі қайта қолдану эксперименттер арасындағы кросс-ластанудың, жасуша әрекетіне әсер ететін беттің өңделуінің нашарлауының, нәтижелерді бұрқасытатын қалдық заттардың қалуының және автоматтандырылған жабдықпен үйлесімсіздікті төмендететін физикалық зақымданудың қаупін туғызады. Жоғары өнімділікті скрининг ортасында деректердің тұтастығы мен қайталанғыштығы ең басты маңызға ие болғандықтан, бір рет қолданылатын ұяшықты пластинкаларды қолдану – ең тиімді тәжірибе болып табылады, ал бір пластинканың құны әдетте алынған деректердің құнымен түсіндіріледі.