研究人員展示了結(jié)合藥物控制寄生蟲的工程方法

實驗室視頻講述了這樣一個故事：在營養(yǎng)液中自由游動的微小寄生蟲是活躍的和可移動的;將同種蠕蟲暴露于通過工程技術(shù)優(yōu)化的四種藥物的混合物中，它們部分癱瘓，在適當?shù)奈恢脪暝?/p>

該實驗表明，加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的Chih-Ming Ho開發(fā)并獲得專利的工程技術(shù) - 它被稱為反饋系統(tǒng)控制優(yōu)化技術(shù) - 可以快速識別對小動物模型生物有效的強效藥物組合。

這項發(fā)現(xiàn)于今天10月4日在線發(fā)表在Science Advances雜志上。該論文的主要作者是愛荷華州立大學(xué)電氣和計算機工程副教授Santosh Pandey;丁小廷，中國上海交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授。共同作者是前愛荷華州立大學(xué)研究生Zach Njus;Taejoon Kong，現(xiàn)任愛荷華州立大學(xué)研究生;蘇文瓊上海大學(xué);和Ho，加州大學(xué)洛杉磯分校機械和航空航天工程的杰出研究教授。

該研究部分得到了國家科學(xué)基金會和國防威脅減少機構(gòu)對Pandey的資助。中國的補助也部分支持了該項目。喬安妮鮑威爾 - 科夫曼，愛荷華州的遺傳學(xué)，發(fā)育和細胞生物學(xué)教授兼主席，提供了有關(guān)線蟲工作的見解。Ho的技術(shù)在2012年獲得專利，作為操縱和優(yōu)化生物系統(tǒng)的設(shè)備和相關(guān)方法。

Pandey說，這項實驗可能會導(dǎo)致進一步的工作，為寄生蛔蟲或線蟲提供有效的治療，這些蛔蟲或線蟲會導(dǎo)致人類和牲畜的疾病?？捎糜谥委熁紫x的少數(shù)藥物正在喪失其有效性，因為寄生蟲會產(chǎn)生多藥耐藥性。

在這項研究中，將秀麗隱桿線蟲的標本放置在微流體試驗室中，并暴露于使線蟲麻痹的四種藥物的不同組合 - 左旋咪唑，噻嘧啶，甲吡啶和三苯雙脒。

該實驗建立在Pandey研究小組之前的工作基礎(chǔ)上，以測試單個藥物對線蟲線蟲的影響。為了測量藥物的效果，該實驗室開發(fā)了視頻跟蹤軟件，用于量化蠕蟲在速度和曲率方面的運動。該研究的視頻以每秒一幀的速度捕獲并跟蹤蠕蟲的運動，持續(xù)10分鐘。

“我們希望使用一組簡單，可識別的參數(shù)來量化蠕蟲中的癱瘓事件，”Pandey說。“曲率最高，速度最低的蠕蟲真的很掙扎，癱瘓了。”

Pandey說，研究目標是找到一種降低藥物濃度同時增加毒性的混合物。這可以降低治療寄生蟲的成本并對抗耐藥性的發(fā)展。

根據(jù)該論文，實驗的效果如下：

Pandey的研究小組確定了這四種藥物中每種藥物的六種濃度水平。Ho的優(yōu)化系統(tǒng)采用了這些水平，并建議了不同濃度的四種藥物的八種不同混合物。Pandey的小組向八個中的每一個暴露了蠕蟲并將結(jié)果反饋給系統(tǒng)。該系統(tǒng)保留了四種最有效的組合，并建議了四種。

在該實驗中，根據(jù)該論文，在該過程重復(fù)四次以進行32次總測試之后，確定了“獲勝雞尾酒”。

盡管計算機系統(tǒng)僅需要關(guān)于實驗結(jié)果的反饋 - 不需要關(guān)于藥物藥理學(xué)，動物生物學(xué)或其他特征的信息--Pandey的研究小組發(fā)現(xiàn)它是快速找到對線蟲有效的藥物組合的有效工具。

根據(jù)該論文，該測試驗證了反饋系統(tǒng)在線蟲作為整個生物體的藥物測試中的使用。Ho先前已經(jīng)表明反饋系統(tǒng)可用于細胞研究，包括開發(fā)癌癥藥物和培養(yǎng)系統(tǒng)以維持干細胞。

Pandey說，研究人員成功證明了有效的線蟲藥物組合可以幫助找到與線蟲感染相關(guān)的兩個主要問題的解決方案。

“一個是多藥耐藥性，”他說。“這些寄生蟲對我們使用過的藥物越來越有抵抗力。其中兩種是開發(fā)新藥的巨大開支 - 它可能需要十年以上而且成本非常高。”

潘迪說，實驗表明進一步的研究是值得的。

“藥物發(fā)現(xiàn)的一個更聰明的替代方案是提出現(xiàn)有藥物的優(yōu)化組合，這些藥物更有效并且已經(jīng)得到食品和藥物管理局的批準，”他說。“一個令人興奮的挑戰(zhàn)是測試這種技術(shù)是否適用于其他模式生物和寄生蟲。”

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