Laboratoriumvideo vertelt het verhaal:klein, parasitaire wormen die vrij rondzwemmen in een voedingsoplossing zijn actief en mobiel; stel dezelfde soort wormen bloot aan een mengsel van vier medicijnen geoptimaliseerd door een technische techniek en ze zijn gedeeltelijk verlamd, op zijn plaats worstelen.

Het experiment toont aan dat een technische technologie ontwikkeld en gepatenteerd door Chih-Ming Ho van de Universiteit van Californië, Los Angeles - het wordt een techniek voor het optimaliseren van de controle van het feedbacksysteem genoemd - kan snel krachtige medicijncombinaties identificeren die effectief zijn op een modelorganisme met kleine dieren.

De ontdekking wordt vandaag online gemeld, 4 oktober in het journaal wetenschappelijke vooruitgang . De hoofdauteurs van het artikel zijn Santosh Pandey, een universitair hoofddocent elektrische en computertechniek aan de Iowa State University; en Xianting Ding, een professor aan de School of Biomedical Engineering aan de Shanghai Jiao Tong University in China. Co-auteurs zijn Zach Njus, een voormalige afgestudeerde student van de staat Iowa; Taejoon Kong, een huidige afgestudeerde student van de staat Iowa; Wenqiong Su van de universiteit van Shanghai; en hoera, een vooraanstaande onderzoeksprofessor in mechanische en ruimtevaarttechniek aan de UCLA.

Het onderzoek werd gedeeltelijk ondersteund door subsidies aan Pandey van de National Science Foundation en het Defense Threat Reduction Agency. Chinese subsidies ondersteunde het project ook gedeeltelijk. Jo Anne Powell-Coffman, hoogleraar en voorzitter van de genetica, ontwikkeling en celbiologie in de staat Iowa, inzichten gegeven over het werken met nematoden. Ho's techniek is in 2012 gepatenteerd als een apparaat en bijbehorende methoden voor het manipuleren en optimaliseren van biologische systemen.

Het experiment zou kunnen leiden tot verder werk dat effectieve behandelingen oplevert voor parasitaire rondwormen, of nematoden, die bijdragen aan ziekten bij mensen en vee, zei Pandey. De weinige medicijnen die beschikbaar zijn om de rondwormen te behandelen, verliezen hun effectiviteit omdat de parasieten multidrug-resistentie ontwikkelen.

In dit onderzoek, exemplaren van de Caenorhabditis elegans nematoden werden in microfluïdische testkamers geplaatst en blootgesteld aan verschillende combinaties van vier geneesmiddelen die de nematoden verlammen - levamisol, pyrantel, methyridine en tribendimidine.

Het experiment bouwde voort op eerder werk van Pandey's onderzoeksgroep om de effecten van individuele medicijnen op de C. elegans nematode. Om de effecten van de medicijnen te meten, het lab ontwikkelde video-trackingsoftware die de beweging van een worm kwantificeert in termen van snelheid en kromming. Video voor deze studie legde de bewegingen van de wormen vast en volgde ze gedurende 10 minuten met één frame per seconde.

"We wilden verlammingsgebeurtenissen in wormen kwantificeren met een eenvoudige, identificeerbare reeks parameters, "Zei Pandey. "Een worm met de hoogste kromming en de laagste snelheid heeft het echt moeilijk en is verlamd."

Pandey zei dat het doel van de studie was om een ​​mengsel te vinden dat de geneesmiddelconcentraties verlaagt en de toxiciteit verhoogt. Dat zou de kosten van de behandeling van de parasieten kunnen verlagen en de ontwikkeling van resistentie tegen geneesmiddelen kunnen bestrijden.

Het experiment werkte als volgt, volgens de krant:

Pandey's groep identificeerde zes concentratieniveaus voor elk van de vier geneesmiddelen. Ho's optimalisatiesysteem nam die niveaus en suggereerde acht verschillende mengsels van de vier geneesmiddelen in verschillende concentraties. Pandey's groep stelde wormen bloot aan elk van de acht en voerde de resultaten terug naar het systeem. Het systeem behield de vier meest effectieve combinaties en stelde er nog vier voor.

In dit experiment, een "winnende cocktail" werd geïdentificeerd nadat het proces vier keer was herhaald voor in totaal 32 tests, volgens het papier.

Hoewel het computersysteem alleen feedback nodig heeft over experimentele resultaten - geen informatie over farmacologie van geneesmiddelen, dierbiologie of andere kenmerken zijn vereist - Pandey's groep ontdekte dat het een effectief hulpmiddel was om snel een medicijncombinatie te vinden die effectief was tegen nematoden.

De test valideert het gebruik van het feedbacksysteem voor het testen van geneesmiddelen op nematoden als geheel organisme, volgens het papier. Ho heeft eerder aangetoond dat het feedbacksysteem kan worden gebruikt in celstudies, inclusief de ontwikkeling van kankermedicijnen en kweeksystemen om stamcellen te behouden.

De succesvolle demonstratie door de onderzoekers van een effectieve combinatie van geneesmiddelen voor nematoden zou kunnen helpen bij het vinden van oplossingen voor twee grote problemen die verband houden met nematodeninfecties:zei Pandey.

"Een daarvan is multidrugresistentie, " zei hij. "Deze parasieten worden resistenter tegen de medicijnen die we hebben gebruikt. Twee is de enorme kostenpost van het ontwikkelen van nieuwe medicijnen - het kan meer dan tien jaar duren en het is erg duur."

Pandey zei dat het experiment suggereert dat verder onderzoek de moeite waard zou zijn.

"Een slimmer alternatief voor het ontdekken van medicijnen zou zijn om geoptimaliseerde combinaties van bestaande medicijnen te bedenken die effectiever zijn en al zijn goedgekeurd door de Food and Drug Administration, " zei hij. "Een opwindende uitdaging zou zijn om te testen of deze techniek werkt op andere modelorganismen en parasieten."