Jetzt nehmen einige ein neues Paradigma an: Messen Sie alles, stellen Sie später Fragen. Dieses Motto treibt ein Labor in Harvard und am Broad Institute des MIT an, wo Forscher eine Methode entwickelt haben, um eine Fundgrube an Informationen über das Innenleben einer Zelle zu generieren, die sie über Jahre hinweg sichten können. Die als Cell Painting bekannte Methode beeindruckte Wissenschaftler mehrerer Pharmaunternehmen – so sehr, dass sie ein Konsortium gründeten und Ressourcen bündelten, um mit diesem Ansatz einen riesigen Datensatz zu erstellen, den sie im November der Öffentlichkeit zugänglich machten. Das JUMP-Cell Painting Consortium, wie es genannt wird, hofft, dass die Datenbank die Arzneimittelforschung beschleunigen wird, indem es Forschern hilft, vielversprechende Verbindungen zu identifizieren und ein besseres Gefühl dafür zu bekommen, was sie tun und welche Art von Nebenwirkungen sie haben könnten, bevor die Moleküle an Tieren getestet werden oder Menschen.
Cell Painting verwendet bis zu sechs fluoreszierende Farbstoffe, um wichtige Komponenten der Zelle, wie den Zellkern und die Mitochondrien, zu beleuchten. Ein Mikroskop nimmt Bilder der verschiedenen Flecken auf, und eine Software misst morphologische Merkmale wie Größe, Form, Intensität und Textur, wodurch ein bildbasiertes Profil der Probe erstellt wird. Es ist „ungefähr der einfachste bildgebende Assay, den Sie verwalten können“, sagt die Computerbiologin Anne Carpenter, die die Methode entwickelt hat und gemeinsam mit Shantanu Singh das Labor des Broad Institute leitet. „Unsere Mission war es, die absolut billigsten und einfachsten Farbstoffe auszuwählen.“
Abgesehen von der Benutzerfreundlichkeit liegt die Stärke von Cell Painting in der schieren Menge an Daten, die aus einem Experiment stammen. Die neu veröffentlichte Datenbank enthält Bilder von Zellen, die auf mehr als 140.000 Störungen reagieren – entweder eine medikamentöse Behandlung oder eine andere Modifikation, die die Aktivität eines Gens erhöht oder verringert. Unter Verwendung dieses Datensatzes fanden Carpenter und einige ihrer Kollegen ein Dutzend Verbindungen, die anscheinend dieselben Strukturen beeinflussen, die von einem Schlüsselgen beeinflusst werden, das an einem schnell wachsenden Muskelkrebs beteiligt ist. Anstatt Hunderte von Proben mehreren Runden von Nasslaborexperimenten zu unterziehen, haben die Broad-Forscher vor einigen Jahren die Medikamentenliste erstellt, indem sie den Namen des Gens in die Datenbank eingegeben haben.
„Es ist ein völlig anderer Ansatz, der viel weniger Schritte umfasst und viel weniger kostspielig ist“, sagt TS Karin Eisinger, eine Biologin an der University of Pennsylvania, die diesen speziellen Muskelkrebs untersucht. Ihr Team arbeitete mit Carpenter’s zusammen, um die Verbindungen in Nasslabortests zu validieren, und die beiden Wissenschaftler gründen ein Unternehmen, um die vielversprechendsten Kandidaten weiterzuentwickeln. Andere sind schon etwas weiter: Recursion Pharmaceuticals, ein Unternehmen in Salt Lake City, für das Carpenter als Berater tätig ist, hat bereits fünf klinische Studien gestartet, um Arzneimittelkandidaten zu testen, die mit einer Version von Cell Painting identifiziert wurden.
Während die Veröffentlichung abgeschlossen ist, bereiten sich die Mitglieder des Konsortiums darauf vor, mit dem Health and Environmental Sciences Institute mit Sitz in Washington, DC, zusammenzuarbeiten, um zu sehen, ob sie Ergebnisse von Cell Painting mit anderen Daten kombinieren können, um die Toxizität von Pharmazeutika und Agrochemikalien vorherzusagen .
Esther Landhuis ist Wissenschafts- und Gesundheitsjournalistin in der San Francisco Bay Area.