Découverte de médicament

La découverte de médicaments est un domaine interdisciplinaire axé sur l'identification et les essais précliniques de médicaments potentiels in vitro, ex vivo et in vivo. Cela comprend des essais primaires des propriétés pharmacologiques du médicament, ainsi que des essais secondaires d'absorption, de distribution, de métabolisme, d'élimination et de toxicologie (ADMET) et des facteurs de sécurité connexes qui sont évalués dans le processus de découverte. Le criblage/imagerie à haut débit a occupé une position centrale dans les tests de découverte de médicaments au cours des deux dernières décennies, offrant des options automatisées et hautement quantitatives pour le criblage d'un grand nombre de composés candidats pour les résultats. De plus, l'imagerie complète la génomique, la protéomique et d'autres méthodes de type -omique en fournissant un contexte spatial. Combiné à des techniques avancées telles que le profilage du phénotype cellulaire à l'aide de l'intelligence artificielle, l'imagerie/le criblage au microscope optique semble en passe de devenir un élément encore plus important (et accessible) du processus de découverte de médicaments.

Produits pour la découverte de médicaments

Pour les applications d'imagerie à haut débit et à haut contenu dans la découverte de médicaments, Nikon propose les systèmes d'imagerie à haut contenu BioPipeline LIVE et BioPipeline PLATE. Les deux systèmes sont basés sur notre microscope inversé motorisé ECLIPSE Ti2-E et disposent d'un bras robotisé pour l'échange et l'imagerie automatiques jusqu'à 44 récipients, y compris les plaques de puits. Le BioPipeline LIVE comprend en outre une couverture d'incubation complète pour les tests à long terme basés sur l'imagerie de cellules vivantes. Les deux systèmes sont adaptés à l'échelle du criblage à haut débit dans les laboratoires de recherche universitaires.

Avec l'utilisation de systèmes modèles plus grands, tels que les cultures cellulaires 3D et les organismes modèles, une technique de sectionnement optique telle que la microscopie confocale peut être nécessaire. Les microscopes confocaux Nikon AX / AX R sont des instruments à balayage laser qui prennent en charge l'imagerie sur un grand champ de vision de 25 mm avec une résolution allant jusqu'à 8192 pixels. Le modèle AX R dispose en outre d'un scanner résonant pour l'imagerie à grande vitesse (30 images par seconde à une résolution de 2048 x 512 pixels (2K), une résolution de 1024 x 512 pixels (1K)), prenant en charge un débit élevé.

Les systèmes confocaux à disque rotatif de la série Yokogawa CSU peuvent également être configurés sur les instruments BioPipeline. L'imagerie in vivo et intravitale à un stade ultérieur est prise en charge par le système de microscope multiphotonique AX R MP, qui permet une imagerie jusqu'à 1,4 mm de profondeur lorsqu'il est combiné à un éclairage de 1300 nm.

Un composant important d'un système de microscope Nikon pour la découverte de médicaments est notre logiciel NIS-Elements, une solution intégrée pour l'acquisition, l'analyse et le contrôle des appareils. La version NIS-Elements HC est spécialement conçue pour les applications d'imagerie à haut débit et à haut contenu. Les cartes thermiques, les images d'échantillons, les masques binaires, les résultats d'analyse, etc. sont centralisés, ce qui permet un filtrage rapide et des analyses supplémentaires. De plus, nos modules logiciels basés sur l'apprentissage en profondeur NIS.ai peuvent être intégrés dans des pipelines d'imagerie/analyse afin d'utiliser la puissance de l'intelligence artificielle (IA) pour diverses tâches d'analyse, telles que la segmentation d'images.

●: Inclus, ⚬: Optionnel

Techniques de contraste compatibles	BioPipeline LIVE	BioPipeline PLATE
	BioPipeline LIVE Système d'imagerie à haut contenu	BioPipeline PLATE Système d'imagerie à haut contenu
Capacité d'échantillonnage maximale	44	44
Échange d'échantillons automatisé	yes	yes
Type(s) de récipient/lame prévu(s)	96-Plaques de puits 384-Plaques de puits	96-Plaques de puits 384-Plaques de puits
Correction de la mise au point Z	Perfect Focus System 4 (PFS4) Mise au point automatique	Perfect Focus System 4 (PFS4) Mise au point automatique
Convient pour l'imagerie en direct à long terme	yes	no
Fond clair	yes	yes
Contraste de phase*	yes	yes
Nikon Advanced Modulation Contrast (NAMC)*	yes	yes
Contraste de volume	yes	yes
Fluorescence à champ large	yes	yes
Confocal	yes	yes

*Ces techniques de contraste peuvent ne pas convenir à toutes les applications et plages de grossissement en raison de l'effet de ménisque dans les puits individuels.

Discussion sur la découverte de médicaments

Organoïde intestinal coloré pour l'ADN (bleu ; DAPI), la mucine (verte ; produite par les cellules caliciformes) et la somatostatine (rouge ; produite par les cellules entéroendocrines), imagée à l'aide de la microscopie confocale à balayage laser.

Sélection d'un système de microscope pour votre modèle de découverte de médicaments

Les systèmes modèles pour la découverte de médicaments couvrent à peu près toute la gamme des possibilités, des cultures de cellules adhérentes in vitro aux organismes modèles entiers et presque tout le reste. Les modèles de culture cellulaire 3D complexes tels que les sphéroïdes, les organoïdes et les organes sur puces peuvent être composés de plusieurs types de cellules pour mieux récapituler diverses caractéristiques physiologiques perdues dans les cultures de cellules adhérentes traditionnelles, qui sont la norme traditionnelle pour le criblage à haut débit. De plus, les organoïdes peuvent même être cultivés à partir de cellules autologues (dérivées du patient) pour développer des médicaments de précision.

L'imagerie en fluorescence sur large champ est un choix approprié pour les échantillons relativement plats, tels que les cellules adhérentes cultivées dans des plaques multipuits, la norme traditionnelle pour le dépistage à haut débit. Il est rapide, sensible et économique, mais ne fournit pas de sectionnement optique intrinsèque - la capacité d'imager efficacement un seul plan dans un échantillon 3D épais.

Les modèles 3D physiquement plus grands, tels que les organoïdes et les tissus, peuvent nécessiter une technique d'imagerie avec des capacités de sectionnement optique pour capturer les caractéristiques d'intérêt sans être trop compromis par un flou hors-focus. La microscopie confocale est la norme pour de telles applications, Nikon propose les microscopes confocaux AX / AX R, des systèmes de balayage laser qui peuvent être configurés sur les systèmes BioPipeline LIVE et BioPipeline PLATE pour l'imagerie de sections discrètes jusqu'à plusieurs centaines de micromètres de profondeur dans divers échantillons.

Bien que l'imagerie confocale soit un choix approprié pour la coupe optique en profondeur, elle est parfois insuffisante. L'imagerie in vivo en présence de tissus épais et diffusant nécessite souvent l'utilisation d'une imagerie multiphotonique, telle que le système de microscope multiphotonique Nikon AX R MP, qui utilise une excitation multiphotonique avec une lumière proche-infrarouge à infrarouge pour minimiser l'excitation et la diffusion hors-focus.

Imagerie de phase quantitative pour l'analyse cellulaire

Le microscope inversé ECLIPSE Ti2-E de Nikon, qui constitue la base des systèmes BioPipeline LIVE et BioPipeline PLATE, est capable d'une imagerie de phase quantitative via la technique Nikon Volume Contrast, qui ne nécessite qu'un petit empilement en Z d'images sur fond clair (aussi peu que trois images par empilement) pour créer l'image de distribution de phase. L'image de distribution de phase qui en résulte est la plus brillante là où la différence de chemin optique est la plus grande - au milieu de la cellule lors de l'imagerie d'une culture. Ceci est bénéfique pour la segmentation cellulaire via le seuillage et d'autres méthodes.

Contrairement à d'autres techniques d'imagerie par lumière transmise (diascopique), telles que le contraste de phase, le contraste de volume n'est pas affecté par l'effet ménisque, qui peut être important dans les plaques de puits en raison du petit diamètre des puits individuels. Les performances du contraste de phase et du contraste de volume en présence d'un ménisque sont comparées dans l'image de droite.

Pour plus d'informations, consultez notre note d'application récente détaillant l'utilisation du contraste de volume dans le cadre d'un test de prolifération cellulaire sans marquage, un test couramment effectué dans la recherche sur la découverte de médicaments.

Les neurites en contraste de phase n'ont pas pu être définis avec précision par seuillage traditionnel. Segment.ai a été formé sur les neurites tracés à la main (reconnus par l'homme) et a appris à tracer les neurites dans les images suivantes.

Améliorer la recherche sur la découverte de médicaments à l'aide de l'intelligence artificielle

NIS-ElementsL'un des grands avantages des tests basés sur l'image est leur riche contenu en informations. Jusqu'à récemment, cependant, relativement peu de ces informations pouvaient être exploitées de manière pratique. Cependant, de nouvelles approches basées sur l'intelligence artificielle (IA), et en particulier les méthodes d'apprentissage en profondeur (DL) utilisant des réseaux de neurones artificiels (ANNs), permettent de déduire des corrélations plus profondes entre les caractéristiques de l'image et de les appliquer à la caractérisation de la morphologie et du phénotype. De telles approches analytiques ont été appelées « profilage cellulaire » ou « profilage basé sur l'image » et représentent un domaine de développement très actif.

En plus du profilage, DL peut être utilisé pour accélérer et renforcer les analyses d'images d'autres manières. Nikon s'engage à concevoir des outils d'analyse d'images fiables basés sur DL sous l'égide de NIS.ai - une série de modules logiciels disponibles pour le logiciel NIS-Elements. Par exemple, le module Segment.ai peut être formé pour segmenter automatiquement les caractéristiques d'image difficiles à isoler à l'aide d'approches classiques.

D'autres modules NIS.ai d'application potentielle pour le travail de découverte de médicaments incluent Convert.ai, qui peut être formé pour prédire les caractéristiques d'image d'un canal de fluorescence en utilisant uniquement un fond clair ou un autre canal de lumière transmise comme référence, ce qui peut aider à réduire à la fois la cytotoxicité (du marquage fluorescent) et phototoxicité (de la lumière de haute intensité utilisée pour l'imagerie en fluorescence). De même, le module Enhance.ai peut être formé pour prédire une version signal/bruit plus élevée des données d'image à fort bruit. Cela permet une réduction de l'intensité d'éclairage, et donc de la phototoxicité.

L'imagerie en fluorescence sur large champ à haut débit de systèmes modèles plus grands, tels que les organoïdes, peut bénéficier de notre module Clarify.ai, qui est préformé pour supprimer automatiquement le flou des images de microscopie à fluorescence sur large champ. Cela permet aux utilisateurs de bénéficier de la vitesse de l'imagerie en fluorescence sur large champ, mais avec une section optique améliorée et sans avoir besoin d'un système confocal.

Les services de recherche sous contrat de Nikon en un coup d'œil.

Nikon Contract Imaging Services for Pre-Clinical Drug Discovery Research

Les Nikon BioImaging Labs fournissent des services de recherche sous contrat à leurs communautés biotechnologiques et de recherche locales, ainsi que des services à distance* pour les clients situés ailleurs. Avec des sites à Cambridge, MA, États-Unis, Leiden, Pays-Bas et Shonan, Japon, les laboratoires Nikon BioImaging ont une expérience significative de travail avec des clients dans le domaine de la recherche biopharmaceutique et de la microscopie confocale d'organoïdes et d'autres systèmes de culture cellulaire 3D désormais utilisés pour les études de découverte de médicaments., y compris divers modèles d'organes sur puce produits dans le commerce.

Les Nikon BioImaging Labs sont non seulement capables d'acquérir des données, mais leur capacité de service complet s'étendent également à la conception d'essais, au développement d'essais, à la validation d'essais, à la culture cellulaire, à la préparation d'échantillons et à l'analyse de données. Si vous souhaitez en savoir plus et voir si les services de l'un des laboratoires Nikon BioImaging vous conviennent, n'hésitez pas à nous contacter pour organiser une consultation gratuite.

* Le service peut varier selon l'établissement. Veuillez contacter le Nikon BioImaging Lab près de chez vous pour plus de détails.

Glossaire

Capacité d'échantillonnage maximale: Il s'agit du nombre maximal de récipients, de plaquesde puits ou de lames de microscope (selon le cas) pouvant être logés dans le chargeur/hôtel pour une utilisation dans des expériences automatisées. Voir « Type(s) de récipient/lame prévu(s) » pour référence.
Convient pour l'imagerie en direct à long terme: Des systèmes appropriés intègrent le contrôle environnemental aux zones d'imagerie et de stockage des récipients. Les paramètres d'incubation standard incluent la température, l'humidité et le pourcentage de CO₂.
Correction de la mise au point Z: Pouvoir compter sur le bon plan Z à la mise au point est particulièrement important pour un débit élevé, car des erreurs peuvent passer inaperçues lors des acquisitions automatisées. Le système de mise au point parfaite de Nikon est une solution matérielle de premier plan pour maintenir la mise au point sur un plan sélectionnable par l'utilisateur ou par logiciel. La mise au point automatique est une routine logicielle qui identifie le plan focal correct en balayant en Z pour trouver le plan avec le contraste/la netteté le(la) plus élevé (e).
Techniques de contraste compatibles: En règle générale, les systèmes de microscopie d'imagerie à haut débit sont capables d'une technique de lumière transmise, telle que le contraste de phase, ainsi que d'une modalité d'imagerie par fluorescence, telle que le large champ ou confocal.
Type(s) de récipient/lame prévu(s): Les systèmes BioPipeline LIVE et PLATE sont basés sur des microscopes inversés, ce qui les rend mieux adaptés à l'imagerie des récipients de culture à chambres, comme les plaques multipuits, que les microscopes droits. Dans ce cas, le fond du récipient doit être réalisé dans un matériau de qualité optique. Le BioPipeline SLIDE est basé sur un microscope droit - le choix habituel pour l'imagerie des lames de microscope en verre traditionnelles.
Échange d'échantillons automatisé: Il s'agit de l'échange automatisé de récipients d'échantillons ou de lames de microscope entre la platine du microscope et l'incubateur ou le chargeur/hôtel.