Übertragen von Flüssigkeiten durch Schall identifiziert auch Arzneimittelkandidaten, die herkömmlichen Laborverfahren entgehen
(03.05.2013, Pharma-Zeitung.de) SUNNYVALE, Kalifornien (USA) - Copyright by Business Wire - Labcyte Inc.
Wie wissen Forscher, ob neue Moleküle eine positive oder negative Wirkung haben? Welchen Einfluss hat das zur Bewegung einer Flüssigkeit eingesetzte Verfahren auf die Ergebnisse? Und was ist mit der Prüfung von Verbindungen auf Umwelt- und Gesundheitsfolgen: Gibt es Verfahren zur Handhabung von Flüssigkeiten, die präzisere Daten ergeben als andere?
Laut einem am 1. Mai 2013 in der Fachzeitschrift PLOS ONE veröffentlichten Artikel ist es tatsächlich von Bedeutung, welches Verfahren zur Übertragung von Stofflösungen verwendet wird. Die drei Forscher, die den Artikel mit dem Titel „Dispensing Processes Impact Apparent Biological Activity as Determined by Computational and Statistical Analyses“ verfasst haben (http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0062325), kommen zum Schluss, dass es weitreichende Konsequenzen hat, wenn durch herkömmliche Verfahren in der Frühphase wissenschaftlicher Vorgänge Fehler eingeschleust werden.
„Biologen, Chemiker und Ersteller von Rechenmodellen, die an der Erforschung von Verbindungen beteiligt sind – alle Arten von Wissenschaftlern sollten sich dieses Problems bewusst werden“, sagte Sean Ekins, Mitverfasser der Studie und leitender Berater bei Collaborations in Chemistry. „Bereits in der Grundausbildung lernt jeder Biologe, dass Flüssigkeiten mit Pipetten und Geräten wie Tropfern bewegt und verteilt werden.“
In herkömmlichen Testmethoden verwenden Arzneimittelhersteller Pipetten für Verdünnungsreihen, bevor die biologische Aktivität ausgewertet wird. Eine neuere Methode ist die Verwendung von Schall zur Bewegung von mikroskopischen Flüssigkeitsmengen ohne Pipetten. Mit dieser „akustischen“ Methode werden gemäß der neuen Studie signifikante Fehler in den anschließend erfassten Daten vermieden.
„Eines der Probleme ist, dass Verbindungen in den Pipetten festkleben können und nicht übertragen werden“, so Ekins. „Kaum jemand hinterfragt das Verfahren, aber wer in der Arzneimittelforschung tätig ist, kann auf Probleme bei den Daten stoßen und nicht wissen, was der Grund dafür ist.“
Damit die Wirksamkeit von Arzneimitteln und die Vorlaufzeiten verbessert werden können, muss das Vorgehen bei der Forschung effektiv und genau sein. Wissenschaftler auf der ganzen Welt verlassen sich bei ihren Forschungen auf gemeinsame Datenbanken, wissen jedoch nur selten, wie die darin enthaltenen Daten erstellt wurden. Die Studie kam zum Schluss, dass es entscheidend ist, sich darüber bewusst zu werden, dass ein so zentrales Verfahren wie die Bewegung von Flüssigkeiten durch Pipetten eine signifikante Fehlerquelle darstellen kann.
„Alle Daten aus der Vergangenheit und ein Großteil der heute generierten Daten beruhen auf Experimenten, die mit herkömmlicher Pipettierung und Verdünnungsreihen durchgeführt werden“, sagte Ekins. „Fehler in dieser ersten Phase werden dann auf Rechenmodelle übertragen, die zur Wirkstoffforschung verwendet werden. Wissenschaftler, die wirksame Stoffverbindungen herzustellen versuchen, tun dies möglicherweise auf der Grundlage falscher Modelle. Unsere Befunde legen nahe, dass die Bewegung von Flüssigkeiten durch Schall zu besseren Screeningergebnissen führen und die Entwicklung von irreführenden Modellen verhindern könnte.“
Die Verfasser entwickelten ihre Analysen teilweise unter Verwendung von Daten, die von AstraZeneca im US-Patent 7.718.653 publiziert wurden. Die Forscher maßen die Wirkstärke bei verschiedenen Krebsmedikamenten, die stets höher war, wenn die Stoffverbindungen akustisch bewegt wurden, als wenn sie mit Pipetten übertragen wurden.
„Der Artikel zeigt auf, dass Stoffverbindungen unterschiedliche Ergebnisse aufweisen, wenn sie per Schall oder per Pipette übertragen werden“, sagte Joe Olechno, ein weiterer Mitverfasser des Artikels und Forschungsbeauftragter bei Labcyte Inc. „Andere Forscher haben ähnliche Ergebnisse beobachtet und sind zur akustischen Bewegung übergegangen. Es wurde sogar noch einleuchtender, als wir herausfanden, dass mit dem akustischen Rechenmodell korrekt vorhergesagt werden konnte, welche Verbindungen die stärkste Wirkung haben würden, während dies mit dem auf Verdünnungsreihen basierenden Modell nicht möglich war.“
Ein Verfahren, mit dem Forscher genauer vorhersagen können, welche Stoffverbindung zur Behandlung einer Krankheit am besten geeignet ist, hätte massive Auswirkungen auf die Branche und die ganze Gesellschaft. Durch einen Vergleich der Modelle aus den durch Pipettenbewegung gewonnenen Ergebnissen mit den Kristallstrukturen von Molekülen im Zielprotein von AstraZeneca wies das Team nach, dass die akustische Methode am besten zu den biologischen Strukturen passt.
„Diese Arbeit betont, dass Daten, die mit herkömmlichen Technologien wie Pipetten erhoben wurden, fehleranfällig sein können. Eine genauere Untersuchung der Beobachtungen ist nun erforderlich“, sagte Antony Williams von der Royal Society of Chemistry und dritter Mitverfasser des Artikels. „Eines ist klar: Wie wir Flüssigkeiten mischen und bewegen, hat enorme Auswirkungen auf die gemessene biologische Aktivität, und es ist ratsam, beim Einsatz von Pipetten behutsam vorzugehen.“
„Fehlerhafte Vorgänge verfügen über das Potenzial, chemische Tests in vielen Anwendungsbereichen wesentlich zu verfälschen“, sagte Ekins. Wissenschaftler sollten die von ihnen verwendeten Daten deshalb stets hinterfragen. Welcher Anteil der Datenbank wurde mithilfe von Pipettiermethoden erstellt? Wie viel davon ist fehlerhaft? Welche Auswirkung hat dies auf alle folgenden wissenschaftlichen Vorgänge und Schlussfolgerungen?
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Über Collaborations in Chemistry
Collaborations in Chemistry stellt Firmen und gemeinnützigen Organisationen Berechnungen von Pharmakokinetik/Toxizität sowie Beratungsdienste in Bezug auf Arzneimittelforschung zur Verfügung. Die Organisation aus Fuquay-Varina im US-Bundesstaat North Carolina entwickelt neue Technologien für gemeinschaftliches Arbeiten, die Forschern zugutekommen, die für Pharmabetriebe sowie in Forschung und Entwicklung im Zusammenhang mit seltenen und vernachlässigten Krankheiten tätig sind. Weitere Informationen finden sich unter www.collaborations.com/CHEMISTRY.HTM.
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Über Labcyte
Labcyte Inc., ein global tätiges Unternehmen für biotechnologische Instrumente, revolutioniert das Handling von Flüssigkeiten. Die Echo-Systeme nutzen Schall zur präzisen Übertragung von Flüssigkeiten ohne Einsatz von Pipetten. Labcyte-Instrumente werden weltweit von der Pharmaindustrie sowie von Biotechnologiefirmen, Auftragsforschungsinstituten und wissenschaftlichen Einrichtungen eingesetzt. Labcyte verfügt über 49 US-Patente und weitere internationale Patente. Weitere Informationen finden Sie unter www.labcyte.com.
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