Оценка антипролиферативной активности в рамках фенотипического скрининга
Проект, призванный найти первые в своём роде вещества, подавляющие рост и развитие опухолевых клеток. Это первая и самая важная ступень в поиске лекарств от рака

Глоссарий
Термины и понятия, которые мы применяли в работе
О раке
Заболевание, при котором некоторые клетки организма вследствие генетических мутаций и избегания смерти от иммунных клеток бесконтрольно растут и метастазируют в другие органы.
Фенотипический скрининг
Поиск лекарственных молекул на основе изучения активности, то есть без фокуса на механизм действия.
Пролиферация
Процесс, в результате которого происходит увеличение количества клеток.

Наш проект направлен на поиск вещества с лучшим антипролиферативным эффектом, то есть вещества, которые лучше всех угнетают рост и развитие клеток.
IC50
Концентрация вещества, при которого наблюдается половинный антипролиферативный эффект на данной клеточной линии.

Так мы количественно понимаем, сработало ли вещество, насколько оно активно и токсично, подавляет или ускоряет оно рост опухоли.

Сфероиды (3D модели)

Структура из клеток в виде сферы. Используются как более приближенные к человеческому организму модели, дающие полную картину о развитии опухоли и механизме действия на неё веществ, исходя из изменения как внешнего вида клеток, так и всего сфероида в целом.
Актуальность проекта
Рак на данный момент занимает второе место в мире по смертности. Это заболевание является трудноизлечимым. Несмотря на то, что существует не один способ лечения рака, они не всегда являются эффективными.

Именно поэтому наша команда занялась фенотипическим скринингом. Фенотипический скрининг - это один из самых актуальных и современных способов для поиска и создания препаратов first-in-class, то есть первых в своём роде.
ЦЕЛЬ
Оценить антипролиферативную эффективность (эффективность подавления роста и деления) веществ-кандидатов на 3D-моделях рака.
Задачи


ЗАДАЧА №1
Культивирование пяти разных клеточных линий рака человека
ЗАДАЧА №2
Формирование 3D и 2D моделей из культивированных линий
ЗАДАЧА №3
Титровка веществ к клеткам 
ЗАДАЧА №4
Сравнение полученных результатов на разных моделях клеточных линий и оценка антипролиферативной активности веществ
Клеточные линии
которые были взяты для экспериментов
HGC-27
Линия HGC-27 - агрессивный рак желудка. Карцинома, полученная из лимфатического узла пациента из Японии. Рак желудка очень сложно вылечить, ведь чаще всего его обнаруживают при прорастании в соседние органы либо при метастазировании
А2780
Линия А2780 - линия рака яичника, получена из эндометриоидной аденокарциномы.
Этапы работы
Культивирование клеток
Для начала нам необходимо "снять" клетки с клеточного матраса с помощью трипсина - фермента, разрежающего белки, которыми клетки держатся за стенку матраса. Потом мы узнаём концентрацию клеток и их выживаемость чтобы в правильных пропорциях высеять их в планшеты для 3D культур
Титровка кандидатов
Мы получаем различные концентрации веществ-кандидатов с помощью метода титрования, таким образом можно найти оптимальную концентрацию вещества, подавляющего пролиферацию клеток. Чтобы знать, что мы не ошиблись мы имеем отрицательный контроль - там отсутствуют действующие вещества и формируется нормальный сфероид, и положительный с априори действующим веществом - цитостатиком
Оценка антипролиферативной активности
Чтобы оценить эффективность кандидатов мы используем PrestoBlue - это краситель, который изменяет свой цвет с синего на розовый и начинает флуоресцировать в живых клетках (он восстанавливается НАДН). И по степени флуоресценции мы определяем эффективность вещества
Результаты
Результатом нашей работы являются графики, показывающие IC50 для веществ-кандидатов, помимо численных данных мы имеем микрофото сфероидов для сравнения (вещества кандидаты зашифрованы и указаны под численными номерами). Также нашим подпроектом является сравнения 2D и 3D культур.

Control - отрицательный контроль (сфероид без добавления веществ.
Paclitaxel, Cytarabine, Oxaliplatin, Niraparib - цитостатики, вещества положительного контроля.
3D
2D
HGC-27 Рак желудка

Control
Cytarabine 0.12 мМ*
338 max conc.
338 0.12 мМ*
IC50 = 331 nM
IC50 = 256 nM
IC50 = 272 nM
IC50 = 1895 nM
Cytarabine
338
Cytarabine
338
5x
5x
5x
5x
5x
Cytarabine max conc.
3D
2D
Control
348 max conc.
348 0.12 мМ*
440 max conc.
440 0.12 мМ*
IC50 = 161 nM
IC50 = 348 nM
IC50 = 481 nM
IC50 = 940 nM
*концентрация 0.12 mM является промежуточной между максимальной и отрицательным контролем
Cytarabine - положительный контроль (априори ингибируют пролиферацию) лучше действует на 3D культуры
338 кандидат одинаково влияет на 3D и 2D. 348 и 440 кандидаты оказывают умеренное антионкогенное действие на 3D моделях
348
440
5x
5x
5x
5x
5x
348
440
3D
2D
PANC-1 рак поджелудочной железы
Control
Paclitaxel max conc.
Paclitaxel 0.12 мМ
Oxaliplatin max conc.
Oxaliplatin 0.12 мМ
IC50 = 2245 nM
IC50 = 30 nM
IC50 = 328 nM
IC50 = 7 nM
Paclitaxel
Oxaliplatin
Cytarabine
338
10x
10x
10x
10x
10x
3D
2D
Control
485 max conc.
485 0.12 мМ
74 max conc.
74 0.12 мМ
IC50 = 444 nM
IC50 = 23 nM
IC50 = 16 nM
IC50 = >10000 nM
Paclitaxel и Oxaliplatin оказывают умеренное действие как на 2D так и на 3D
485 очень мощно подавляет рост опухоли но согласно исследованиям BIOCAD вещество крайне токсично. 74 проявляют среднюю эффективность на 3D, но на 2D видимого результата не даёт.
485
74
5x
10x
10x
10x
10x
74
485
3D
HCC70 рак молочной железы
Control
Paclitaxel max conc.
Paclitaxel 0.12 мМ
346 max conc.
346 0.12 мМ
IC50 = 2245 nM
IC50 = 30 nM
Paclitaxel
3-46
5x
5x
5x
5x
5x
3D
Control
341 max conc.
341 0.12 мМ
440 max conc.
440 0.12 мМ
IC50 = 259 nM
IC50 < 1.4 nM
Paclitaxel и Oxaliplatin оказывают умеренное действие
3-46 показывает очень мощный эффект при небольшой концентрации
341 не показал действенного эффекта
440 имеет лучшее действие по сравнению с 440, это видно по картинкам
341
440
5x
5x
10x
5x
5x
3D
2D
A549 рак лёгкого
Control
Cytarabine max conc.
Cytarabine 0.12 мМ
441 max conc.
441 0.12 мМ
IC50 = 345 nM
IC50 = 445 nM
IC50 = 851 nM
IC50 = 285 nM
Cytarabine
441
Cytarabine
441
10x
10x
10x
10x
10x
3D
2D
Control
3-46 max conc.
3.46 0.12 мМ
L18 max conc.
L18 0.12 мМ
IC50 = 55 nM
IC50 = 951 nM
IC50 = >10000 nM
IC50 = 3899 nM
Cytarabine оказывает мощное действие как на 3D и умеренное на 2D
441 очень мощно подавляет рост опухоли. 3-46 уменьшает объём сфероида но совершенно не влияет на монослой. Так и L-18 видимого действия на 2D по сравнению с 3D не оказывает
3-46
L-18
10x
10x
10x
10x
10x
3-46
L-18
3D
2D
A2780 рак яичника
Control
Niraparib max conc.
Niraparib 0.12 мМ
Oxliplatin max conc.
Oxaliplatin 0.12 мМ
IC50 = 509 nM
IC50 = 192 nM
IC50 = 293 nM
IC50 = >10000 nM
Niraparib
Citarabine
10x
10x
10x
10x
10x
Niraparib
Citarabine
3D
2D
Control
69 max conc.
69 0.12 мМ
74 max conc.
74 0.12 мМ
IC50 = 405 nM
IC50 = 133 nM
IC50 = 249 nM
IC50 = 581 nM
Niraparib (новейший противоопухолевый препарат) не действует на 2D, но эффективно подавляет рост 3D. Oxaliplatin оказывает умеренное действие.
69 в четыре раза эффективнее на сфероидах, а 74 лучше действует на 2D
69
74
10x
10x
10x
10x
10x
69
74
Выводы
1
Освоение методик
Участники проекта освоили культивирование клеточных линий и постановку экспериментов.
2
Создание препарата
Были обнаружены активные молекулы, которые в дальнейшем можно использовать для их оптимизации и создания препарата.
3
2D и 3D
Сравнили данные о клеточных линиях в 2D и 3D форматах для определения механизма действия веществ в дальнейших испытаниях.
Вещества-кандидаты, проявившие наилучшие антипролиферативные свойства на 3D моделях
Команда
Эдеева Алтана
Линия HCC70
Интересуется генной инженерией. Родом из Калмыкии. Не может определиться между наукой и профессиональным моделингом.
Мосеева Елена
Линия A2780
Приехала приехала в "Сириус" из города Ижевска с проектом про экстракцию чая. Любит заниматься воздушной гимнастикой, бильярдом. Увлекается физикой и информатикой.
Глебов Клим
Линия PANK-1
Интересуется молекулярной биологией и генетикой и в будущем мечтает работать на благо науки.
Парфенова Виктория
Линия A549
Интересуется генетикой, онкологией и биомедициной. В будущем планирует стать онкологом.
Потатуркина Дарья
Линия HGC-27
В будущем хотела бы заниматься практической медициной, сейчас интересуюсь генетикой и анатомией человека.
РУКОВОДИТЕЛИ
ТЯЖЕЛЬНИКОВ СТАНИСЛАВ

Проработал 15 лет в Пермской государственной фармацевтической академии на кафедре токсикологической химии, а впоследствии проректором по развитию и инновациям. Сейчас работаю в АО BIOCAD и отвечаю за клеточную и биохимическую характеризацию малых молекул и привлечение новых технологий.

ДОНСКАЯ ИЛОНА

Закончила Белорусский государственный университет, биологический факультет, после чего закончила магистратуру на базе института биофизики. В Biocad с 2019 года, начинала свой путь в компании с проекта по CAR-T. На данный момент наша команда занимается поиском нового противоракового препарата с использованием фенотипического скрининга.

ЛИТАУ ЕКАТЕРИНА

Я закончила бакалавр Royal Holloway University of London и магистратуру в King’s College London. Работала в больницах (операционные и реанимация для новорождённых) и лабораториях. Пришла в проект случайно, искала компании, которые занимаются поиском терапии для лечения онкологии.

МАЛАНХАНОВА ТУЯНА

Училась в СУНЦ НГУ, а затем в НГУ. Возможно первая в России защитила студенческий диплом, где использовалась система CRISPR/Cas9. Могу отредактировать любой геном и получить плюрипотентные стволовые клетки и клеток крови или кожи кого угодно. С командой Биокад ищу лекарство от рака

ШЕУДЖЕН ТИМУР

Закончил КубГУ по специальности микробиологии. Пришёл в проект совсем не случайно, а очень даже направленно, поскольку проведение и поддержка научных проектов в ЛЭВМ (Лаборатория экспериментальной валидации мишеней) BIOCAD давно стало традицией.

ЦВЕТКОВА АНЖЕЛА

Закончила Башкирский государственный медицинский университет и сейчас занимаюсь валидацией мишеней по новым идеям для BIOCAD.

Всегда мечтала жить у моря и вот я в Сириусе)
belarusianpotatoes@BIOCAD.COM
ОСТАЛИСЬ ВОПРОСЫ?
Большие Вызовы 2022
AO BIOCAD