自動パッチクランプを使用した高分子特性評価

自動パッチクランプ装置は、長年にわたり、高分子イオンチャネル研究の自動化のために使用されてきました。自動パッチクランプを使用して高分子スクリーニングや特性評価を実施できることは、効率的な創薬研究を行うための重要な要素になります。

 

 

現在、承認されている医薬品の90%以上は低分子化合物の研究によるものですが、高分子化合物の研究も急速に進んでいます。高分子薬剤研究の重要性は高まっており、世界の売り上げトップ10の医薬品の大半を占めています。

高分子薬剤はその作用機序から、低分子薬剤よりも優れた標的特異性と効能を発揮することが多く、より注目されています。

QubeやQPatchなどSophionの装置を使用した多彩な高分子とイオンチャネル研究についてはこちらをクリック

心臓イオンチャネル電気生理学の最先端にたつSophion

心臓イオンチャネルは、心拍を生み出す心活動電位の生成や維持に不可欠です。そのため、新規薬剤承認時における新規化学物質(NCEs)の心臓イオンチャネル安全性評価は薬剤開発研究において重要な項目です。

Sophionの研究者が心臓イオンチャネル分野へ新たな2つの論文を発表しました。

1つ目は、Sophion東京ラボ(本庄早稲田)の鶴留一也・大城博矩・和泉拓が、東邦大学との共同研究において、心臓イオンチャネルパネルに対するOseltamivirの抗心房細動作用に関するデータをQubeを用いて取得しました。

2つ目は、心臓安全性薬理学者として多くの経験を持つBernard Fermini博士とDamian Bellとの共著による、自動パッチクランプ装置(APC)のレビュー、最新の機能開発状況、そして医薬品開発における心安全性評価にAPCがどのように用いられ、どのように変化をもたらしているかについて取り上げています。

2つの論文についてはこちらから

心臓イオンチャネルとQube/QPatchについて詳しくはこちらから

5つの心臓病イオンチャネル電位に効果するOseltamivir – Kambayashi及びその他著書から複製された記述、Frontiers in Pharmacology, 2021

扱いにくいCRACチャネルもQubeとQPatchを使えば大丈夫

カルシウム放出依存性カルシウム(CRAC)イオンチャネル電流(ICRAC)は、多くの病気の治療に重要な役割を果たします。自己免疫疾患(関節リウマチ、多発性硬化症、糖尿病、炎症性腸疾患、乾癬、マスト細胞症など)、転移性乳がん、心血管・脳血管失火、ウイルス感染症などの治療に対して化合物調整ICRACが開発され、今後は移植拒絶反応の防止にも役立つと考えられています。

もっとも先進的なCRAC薬剤研究プログラムのひとつは、CalciMedica社によって行われています。Auxora混合物は、膵炎と新型コロナウイルス感染症(COVID-19)など様々な疾患の臨床試験に使用されています。
これらのチャネルを自動パッチクランプ(APC)で効率的に記録することは有効です。しかし、APCプラットフォームには、高濃度カルシウムやフッ化物を含む「シールエンハンサー」溶液なしでの記録が難しく、これらイオンがICRACの記録に問題を起こします。

このようなAPCでは扱いにくいチャネルに着目し、Sophionの研究者はQPatchとQubeで問題となるカルシウムやフッ化物を使うことなくICRACを記録することに成功しました。

CRACチャネルと効率的なAPC記録に関する詳しい情報と出版物については、こちらをクリックしてください。

TRPチャネル、ノーベル賞と自動パッチクランプ

今年のノーベル生理学・医学賞受賞者の画期的な発見で、暑さ・寒さや外部からの力など、私たち人間を取り巻く環境を認知・適応するため、神経インパルスがどのように働くのか、理解できるようになりました。
今年の受賞者について、詳しくはこちら、

私たちは、イオンチャネルの分野で活躍している方々が今年も受賞されたことを大変うれしく思います。

TRPチャネルは、人間が温度を感知するために重要な役割を果たしています。また、神経障害や炎症性疼痛の神経経路を含む痛覚においても重大な機能です。ピエゾチャネルは、人間に触覚や位置感覚、体の各部の動きを感じ取る機能(固有受容性感覚)をもたらします。

もちろん、私たちはこれらのイオンチャネルについて何年も研究を積み重ねてきました。Sophionの研究は、現時点でノーベル賞の受賞には至りませんが、私たちのシステムが生命に重要な膜タンパク質機能のさらなる究明に貢献できていることを誇りに思っています。

今年のノーベル賞受賞者の方々に対し祝意を表し、TRPチャネルについてもっと知りたい方々のために、過去の Sophion ICMSシンポジウムからTRPをテーマにしたICMSビデオ動画を集めました、モーニングコーヒーを飲むような気分でお気軽にご覧ください。さらに深く知りたい方は、以下の論文審査のある出版物、アプリケーションレポートやポスターの一覧をご覧ください。

また、QPatch IIやQube 384で新しいアッセイを実施したい、既存のアッセイを最適にしたいなどのご要望がありましたら、私たちSophionのApplication Scientist(ノーベル賞受賞も間近な?)へお問い合わせください。

 

出版物

アプリケーションレポートおよびポスター

  • Jensen 2008. TRPM8 tested on QPatch. Sophion Application Report.
  • Jacobsen et al., 2011. TRPV1 tested on QPatch. Sophion Application Report.
  • Jensen 2012. TRPM8 cold-sensitive ion channels tested on QPatch. Sophion Application Report
  • Jacobsen et al. 2010. TRP’ing in multi-hole mode. Poster Biophysics 2010.
  • Chakrabarti et al., 2019. In vitro inflammatory knee pain: Of Mice and Men.

Sophion ICMS ビデオ動画:

Sophion Academy – How to Video チュートリアル

Sophionでは、ユーザーの皆様に直接お会いしてサポートさせていただくことが最も望ましいと考えていますが、お客様と私たち双方にとって、お手軽で効率的・実用的な方法として、ビデオチュートリアルをご紹介させていただくことがあります。
これらチュートリアルは、メンテナンスやデータ解析において一般的な事象を多くカバーしています。

時には休息を必要とする弊社のアプリケーションサイエンティストやフィールドサービスエンジニアとは異なり、
このチュートリアルは超人に近い存在です。(たまには休憩が必要な時もありますが・・・)
24時間・365日いつでも利用可能です。

QPatchにおけるBed-of-Nailsの清掃方法、デバッグファイルを保存、APCの性能やデータの掘り下げ、Sophion Analyzerによるgrouped Hill fitsなどのデータ解析ブラッシュアップなど、
様々なニーズにお応えします。

ビデオチュートリアルはこちらをご確認ください。
また、追加コースやトレーニングもご確認いただけます。

イオンチャネルと癌

イオンチャネルは、癌の主な特徴のすべてに影響する重要なシグナル伝達タンパク質です。(上図参照)
イリノイ大学シカゴ校のSaverio Gentile教授は、この密接な関係を
「癌という名のチャネルパチー」であると明確に定義しています。

 

Sophionは、イオンチャネルモジュレーションシンポジウム、ユーザーミーティング、Webセミナーにおける研究成果のプレゼンテーションなどイオンチャネル研究の最先端にあり、世界をリードするオンコチャネロパチー研究機関を支援・協力しています。

これら講演記録へのリンクは以下の通りです。

イオンチャネルと癌

Prof. Annarosa Archangeli, ICMS 2017, ‘hERG Channels: From anti-targets to novel targets for cancer therapy’

Dr Luis Pardo, ICMS 2017, ‘Kv10.1 and the cell cycle: A two-way road’

Prof. Mustafa Djamgoz, ICMS 2019, ‘In vivo evidence for expression of voltage-gated sodium channels in cancer and potentiation of metastasis’

Prof. Saverio Gentile, User Meeting 2021, ‘Targeting potassium channels in cancer from cell signaling to precision medicine

オプトジェネティクスに興味をお持ちですか?

Optogenetics uses light to activate (depolarize) or inhibit (hyperpolarize) cells genetically engineered to express light-gated ion channels. In this way, control of a cell’s membrane potential can be controlled by light, allowing fast & precise control only in the cells expressing the light-gated ion channels. Channelrhodopsins (e.g. ChR2) are cation channels that when gated by light will depolarize the cell membrane; halorhodopsin (e.g. NpHR) is a chloride ion pump that can be used to hyperpolarize the cell membrane.

Short ligand exposure time A) RuBi-GABA activation followed by wash-out B) RuBi-GABA activation during perfusion Compound consumption: 7 µL/site. For more info see application report by Boddum 2019

By combining these optogenetic actuators with cell-type specific gene promotors & using viral delivery (e.g. adenovirus), very specific neurons within a neural circuit can be targeted in vivo to define roles & mechanisms in behaviours in live, active animals.

Unsurprisingly this very powerful technique has many applications & would not be hyperbole to say it’s revolutionized neuroscience. Indeed, Nature made it their method of the year for 2010. Barring the Nobel Prize, which is sure to follow, all the main scientific prizes & plaudits have been awarded to Georg Nagel, Peter Hegemann, Ernst Bamberg & Karl Deisseroth, the scientists who invented & developed this technique.

The ability to control membrane voltage by both voltage-clamp & optogenetics on an automated patch clamp platform with the flexibility & potential this may afford researchers was not lost on Sophion. By 2018 we had developed a functional Qube with LED arrays to perform simultaneous voltage-clamp & optogenetic light control of membrane voltage. Using ‘Qube Opto’ we have now produced a book chapter, application reports & presentations.

For more info on how Qube Opto might be used in your research see the links below or contact us at info@sophion.com.

Ion channel modulation through secondary messenger. Through activation of the photoactivatable adenylyl cyclase, bPAC with 500 ms long light pulses at λ = 475 nm with a frequency of 0.5 Hz, it was possible to increase intracellular levels of cAMP and thereby modifying the co-expressed HCN2 channel. For more info see poster by Schupp et Al 2018

If you are interested in developing new assays, set up collaborations on optogenetics/optopharmacology or have ideas for future work lets talk.

QPatch/Qube 384を用いた15報の論文が2021年第2四半期に発表されました。

第2四半期の論文は、産業界と学術機関が見事に融合しています。今回発表された15本の論文は、イオンチャネル(P2X7、hERG、NMDAR、ニコチン性アセチルコリン受容体、TRPM5、Kv7.2/7.3)や疾患研究(アルツハイマー病、多発性硬化症、がん、統合失調症、健忘症、慢性疼痛、糖尿病、抗菌薬、てんかん)など、幅広い分野をカバーしています。

15報のうち2報は、Sophionが心臓イオンチャネルの薬理学分野において執筆したものです。1報は東邦大学医学部薬理学教室との共同研究で、抗インフルエンザ薬として知られるオセルタミビルの抗心房細動作用を研究しました。もう1報は心臓安全性薬理分野のゴッドファーザーの一人であるBernard Fermini氏と弊社サイエンスディレクターであるDamian Bellが執筆した、安全性評価におけるAPCに関する幅広いレビューです。

最後に、この四半期はクイーンズランド大学という、もはや自身が出版社であるかのごとく矢継ぎ早に発信される、さらなる素晴らしい研究を抜きにしては語れません。

In Jiang et al., Glenn King’s lab have published on a tarantula toxin that blocks Nav1.7 ion channels, showing its ability to reduce chronic visceral pain in irritable bowel syndrome (IBS).

Jensen et al., another paper involving the King lab in collaboration with Jennifer Deuis, Irina Vetter & Samuel Robinson’s labs, have done a deep dive into the venomous peptides of the velvet ant.

今四半期に論文を発表された研究室の皆さん、おめでとうございます。
(研究機関一覧): YaleStanfordUniversity of UtahLundbeckGedeon RichterOrion PharmaBoehringer IngelheimPeking UniversityGuizhou UniversityESTEVEBarcelona Institute of Science & TechnologyAptuitTakedaNovartisLinköping UniversityUniversity of Chinese Academy of Sciences.

The velvet ant (Dasymutilla klugii) – from Jensen et al., U. Queensland

 

出版論文一覧:

Kambayashi et al., 2021 Translational Studies on Anti-Atrial Fibrillatory Action of Oseltamivir by its in vivo and in vitro Electropharmacological Analyses

Jensen et al, 2021 Venom chemistry underlying the painful stings of velvet ants (Hymenoptera: Mutillidae)

Hopper et al., 2021 Synthesis and Characterization of the Novel Rodent-Active and CNS-Penetrant P2X7 Receptor Antagonist Lu AF27139

Bell, D.C. & Fermini, B., 2021 Use of automated patch clamp in cardiac safety assessment: past, present and future perspectives

Li et al., 2021 Identification of poly(ADP-ribose)polymerase 1 and 2 (PARP1/2) as targets of andrographolide using an integrated chemical biology approach

Schuelert et al., 2021 The Glycine Transport Inhibitor Bi 425809 Restores Translatable EEG Deficits in an Acute Mouse Model for Schizophrenia-Related Sensory Processing and Cortical Network Dysfunction

Paradkar et al., 2021 Creation of a new class of radiosensitizers for glioblastoma based on the mibefradil pharmacophore

Ledneczki et al., 2021 HTS-based discovery and optimization of novel positive allosteric modulators of the α7 nicotinic acetylcholine receptor

Díaz et al., 2021 Tricyclic Triazoles as σ1Receptor Antagonists for Treating Pain

Barilli et al., 2021 From High-Throughput Screening to Target Validation: Benzo[d]isothiazoles as Potent and Selective Agonists of Human Transient Receptor Potential Cation Channel Subfamily M Member 5 Possessing In Vivo Gastrointestinal Prokinetic Activity in Rodents

Lapointe et al., 2021 Discovery and Optimization of DNA Gyrase and Topoisomerase IV Inhibitors with Potent Activity against Fluoroquinolone-Resistant Gram-Positive Bacteria.

Ottosson et al., 2021 Synthetic resin acid derivatives selectively open the hKV7.2/7.3 channel and prevent epileptic seizures.

Kong et al., 2021 Design, Synthesis, and Biological Evaluation of Novel Pyrimido[4,5-b]indole Derivatives Against Gram-Negative Multidrug-Resistant Pathogens

Jiang et al., 2021 Pharmacological Inhibition of the Voltage-Gated Sodium Channel NaV1.7 Alleviates Chronic Visceral Pain in a Rodent Model of Irritable Bowel Syndrome

Zheng et al., 2021 Discovery of Methylene Thioacetal-Incorporated α-RgIA Analogues as Potent and Stable Antagonists of the Human α9α10 Nicotinic Acetylcholine Receptor for the Treatment of Neuropathic Pain