У грудні 1998 року вчені оголосили, що розшифрували генний код крихітної маленької істоти, нематоди, під час тестування на злом людського генного коду.

Пітер Хансен та Петра Крауделат добре пам’ятають той день. Пара дослідників чоловіка та дружини створила машину для невеликої кембриджської компанії для вивчення глистів. І вони втратили багато грошей на контракті.

медичних

І ось раптом цей дивний маленький хробак став міжнародною науковою знаменитістю. Виявилося, що його генетичний склад надзвичайно подібний до складу людини. Це допомогло дослідникам зрозуміти роль певних генів і розробити препарати, які можна використовувати для лікування, наприклад, хвороби Альцгеймера або діабету.

"У 1998 році про нематоду ніхто навіть не чув, за винятком, можливо, деяких сліпих біологів, - каже Крауделат, біолог і президент Union Biometrica. - До середини 1999 року всі фармацевтичні компанії вже використовували цього хробака для своєї програми".

І структура, яка, на думку подружжя, призвела до їх банкрутства, раптом дала їм ключ до більшої кількості варіантів - і їх також.

Машина могла зробити за кілька тижнів те, що шукали вчені за допомогою своїх мікроскопів майже рік. Сотні тисяч майбутніх ліків можна було б протестувати на живих нематодах і визначити такими, що впливають.

Хансен та Крауделат вважають, що час, ризик та вартість відкриття людських ліків також можуть бути різко зменшені.

"Одним з уроків проекту генома людини є те, що автоматизація є обов'язковою умовою основних досліджень у житті", - говорить Хансен, лікар, президент і головний технолог Union Biometrica.

Дослідження наркотиків - дорогий і ризикований бізнес. На ринку буде лише одна з 10 000 перспективних сполук. А це займає в середньому 15 років і 300 мільйонів доларів. І більше половини грошей йде до того, як препарат досягне фази клінічного випробування.

Від покращення цих коефіцієнтів залежить життя фармацевтичних та біотехнологічних компаній. По мірі розвитку медицини фармацевтичні компанії намагаються подолати дедалі складніші та невловимиші захворювання. Вони інвестують дедалі більше грошей у дослідження, а це також означає, що їм потрібно виставляти більше на ринок, якщо вони хочуть фінансово вижити.

Водночас зростає обурення громадськості зростанням цін на ліки, що, у свою чергу, спонукає виробників ліків шукати більш економічно ефективні та менш ризиковані шляхи дослідження ліків. Генетичні дослідження також призводять до досліджень наркотиків, що вимагають, щоб дослідження наркотиків працювало швидше та систематичніше.

На противагу цим викликам фармацевтичні та біотехнологічні компанії звертаються до роботів, оптики та високопродуктивних комп'ютерів, щоб допомогти пришвидшити темпи досліджень наркотиків.

Роботи завантажують, переміщують і розміщують лотки, на яких інші машини контролюють реакцію клітин на різні препарати. Комп’ютери регулярно призначають сполуки генетичним моделям. Величезні бази даних генетичної інформації шукають подібні бази даних для інших генів.

Однак автоматизація зазвичай припиняється, коли препарат залишає стіл дослідника для тестування на мишах чи інших тваринах. Вчені генетично модифікують мишей, щоб імітувати хвороби людини, дають їм препарат для тестування, контролюють їх, а потім розтинають, щоб побачити, чи мав якийсь ефект ефект.

Процедура трудомістка, в значній мірі залежить від лабораторії та дорога. Дослідники можуть спостерігати реакції мишей на місяці. Зазвичай відкриття можуть бути зроблені лише після того, як мишей було вбито та розібрано, а потім вивчено їх біологічну реакцію на хворобу та препарат.

Ось чому фармацевтичні компанії та наукова професія були так задоволені дивним відкриттям, що нематоди та люди генетично схожі.

На відміну від мишей, нематода недорога і проста у вивченні. Хробак прозорий, і він дозволяє дослідникам вивчати його гени під мікроскопом, додаючи флуоресцентний білок. І коли препарат вимикає ген - що є ознакою дії препарату - світло гасне.

Хробак швидко розмножується, створюючи сотні власних досконалих копій за лічені дні. А оскільки він дуже маленький (дорослий зразок довжиною 1 мм), його можна легко зберігати в чашці Петрі або пробірці.

Однак у цього процесу є і мінуси. Через його розмір і спритність важко зловити нематоду, це можна зробити лише під мікроскопом із срібною або платиновою петлею. Ця робота стомлююча і повільна. І хоча це швидше, ніж тестування на мишах, аналіз 1000 нематод займає кілька днів.

Автоматизувавши процес, Гансен і Крауделат змогли звести роботу днів в одну хвилину. І разом із цим вони винайшли єдину на сьогодні автоматичну систему для тестування живих організмів. Пристрій також можна переключити для тестування інших маленьких простих організмів, таких як мюсліка і даніо.

Автоматизована система тестування, що називається COPAS Technology Platform, індивідуально подає хробаків у трубку та передає їх на обладнання, яке зчитує флуоресцентні гени. Чим більше блищить глист або мускулатура, тим активніше захворювання.

Сканер передає інформацію на комп'ютер, який розміщує хробака на зображенні на екрані відповідно до його віку та ступеня захворювання. Потім комп’ютер доручає пристрою відповідно класифікувати хробаків.

Система COPAS може робити все це зі швидкістю 100 черв’яків в секунду. Дослідники можуть використовувати "метод швидкого випалу", щоб протестувати тисячі ліків та виявити ті, які вимикають флуоресцентне світло, однак вони також можуть відфільтрувати продукти, які, мабуть, мають токсичні побічні ефекти.

"Ми можемо зробити дві речі одночасно: ми можемо рано відфільтрувати препарат, який не склав іспит, і підготувати шлях до того, який виглядає перспективним", - говорить Хансен.

Коли дослідники починали тестувати препарат на мишах, вони дуже мало знали про цей препарат. Під час тестування на окремих клітинах або зразках тканин у пробірці або чашці Петрі препарат може виявитися перспективним, але вчені не мають жодної інформації про те, як це все працює в живих організмах.

Експерименти з нематодами зменшують кількість потенційних кандидатів на самому початку процесу, тим самим зменшуючи ризик того, що вони згодом виявляться марними.

"Це не заміна миші", - каже Крауделат.

Випробувальне обладнання коштує від 200 до 700 000 доларів, залежно від складності системи. Компанії, які придбали його до теперішнього часу, використовують його для проміжного тестування між лабораторними та мишачими експериментами.

Однак Хансен і Крауделат переконані, що з розвитком технологій лабораторні експерименти на клітинах і зразках тканин можуть бути замінені, і в цьому випадку тест на нематоди може бути першим і останнім кроком перед тестуванням на мишах.

На сьогодні компанія коштує в середньому 300 мільйонів доларів, щоб спробувати формулювання від ідеї до першого клінічного випробування на людях. Гансен і Крауделат заявляють, що їх технологія може зменшити цю кількість до менш ніж 50 мільйонів протягом наступних п'яти років.

Пара не рекламувала і не публікувала свій винахід у наукових журналах. Насправді в ЗМІ мало посилань на Union Biometrics. Кажуть, вони були надто зайняті, щоб піклуватися про засоби масової інформації.

Однак з вуст в уста передавалося обладнання, і його шукали найбільші фармацевтичні компанії. Серед його клієнтів такі гіганти, як AstraZeneca PLC, Aventis SA, Johnson & Johnson, Novartis AG, SmithKline Beecham та Glaxo Wellcome PLC.

У травні, після фінансування їх компанії за рахунок контрактів, Гансен та Крауделат прийняли венчурний капітал у 2 мільйони. За їхніми словами, настав час зосередити свої зусилля на розробці та маркетингу нових технологій, а не витрачати гроші на гроші. Компанія Somerville закриває цього року 4 мільйони, очікується, що в наступному році сума подвоїться. Маючи близько 130 лабораторій, зацікавлених у обладнанні, найбільшою їх проблемою зараз є наймати людей для задоволення потреб.

"Навчання про те, як працюють нещодавно відкриті гени, вимагатиме нового обладнання та технологій, - каже Хансен. - Це те, що ми можемо запропонувати насправді, нові способи вивчення захворювань та розробки методів їх лікування".

Йохан Гейсен, дослідник Janssen Pharmaceutica NV, член сім'ї Джонсон і Джонсон, сказав, що Янссен почав працювати з нематодами в 1995 році, експериментуючи з протиотрутою для хвороби Альцгеймера та деяких видів раку.

У нематоди є дивно розвинена центральна нервова система, що робить її ідеальною для вивчення таких захворювань, як хвороба Альцгеймера, розсіяний склероз та хвороба Паркінсона. Це також може показати деякі вікові захворювання, певні ракові захворювання та порушення імунної системи. У нього немає серцево-судинної системи, тому його не можна використовувати для вивчення серцевих захворювань.

Коли Гейзен почув про технологію Union Biometrica, він негайно викликав його інтерес. З часу роботи з новою технологією він збільшив швидкість своїх досліджень у тисячу разів.

За одну годину вчені компанії тепер можуть протестувати та проаналізувати 10 000 нематод.

"Переваги очевидні", - говорить Гейзен.