迄今為止，罕見和被忽視的傳染病‌仍然是最難診斷和治療的疾病之一。普渡大學(xué)的一所實(shí)驗(yàn)室致力于開發(fā)針對(duì)‌致病性自生生活阿米巴原蟲感染的新療法——這類病原體可導(dǎo)致嚴(yán)重的眼部疾病和致命的腦部疾病。近日，該實(shí)驗(yàn)室依靠‌INTEGRA Biosciences的WELLJET分液疊板機(jī)和MINI 96便攜式電動(dòng)移液器來支持高通量藥物篩選，并提高復(fù)雜檢測(cè)的可重復(fù)性。
  Christopher A. Rice博士‌是普渡大學(xué)比較病理生物學(xué)系的寄生蟲學(xué)助理教授，也是‌Rice Research Group‌的首席研究員。他的團(tuán)隊(duì)專注于研究三類致病性自生生活阿米巴——‌棘阿米巴‌（Acanthamoeba）、‌曼氏巴拉姆希阿米巴‌（Balamuthia mandrillaris）和‌福氏耐格里阿米巴‌（Naegleria fowleri）——它們可引發(fā)極具破壞性的感染，包括‌阿米巴角膜炎‌（AK）、‌肉芽腫性阿米巴腦炎‌（GAE）、‌巴拉姆希阿米巴腦炎‌（BAE）以及‌原發(fā)性阿米巴腦膜腦炎‌（PAM）。¹這些疾病常常被誤診且進(jìn)展迅速，‌死亡率超過90%‌，即使在積極的臨床干預(yù)下，全球范圍內(nèi)也少有幸存者。2

盡管這些疾病如此兇險(xiǎn)，但對(duì)其新療法的研究卻非常有限。自2022年在普渡大學(xué)成立實(shí)驗(yàn)室以來，Chris博士構(gòu)建了一套高度標(biāo)準(zhǔn)化的新藥研發(fā)管線以填補(bǔ)這一空白，通過對(duì)數(shù)十萬種化合物的篩選，來發(fā)掘比現(xiàn)有療法更安全、更有效的治療方案¹。Chris解釋道：“在獨(dú)立組建實(shí)驗(yàn)室之前，我花了近10年時(shí)間篩選了近50萬種化合物，而自2023年起，我們僅用2年就篩選了約50萬種化合物。如果沒有自動(dòng)化技術(shù)，這樣的通量根本無法實(shí)現(xiàn)。”

可重復(fù)的藥物篩選
學(xué)術(shù)領(lǐng)域新藥研發(fā)的一大挑戰(zhàn)在于，如何在處理大型化合物庫、不同寄生蟲種類和復(fù)雜實(shí)驗(yàn)設(shè)置時(shí)，獲得可靠且具有可比性的結(jié)果。
Chris解釋說：“我們對(duì)這三種阿米巴原蟲采用相同的高通量篩選檢測(cè)方法，因此可以直接比較三個(gè)物種，以及每種基因型和品系對(duì)不同化合物和治療策略的反應(yīng)。這有助于我們兼顧廣譜抗阿米巴藥物和特異性藥物的篩選。同時(shí)，我們也能借此評(píng)估是否存在耐藥性。”
 
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，該實(shí)驗(yàn)室會(huì)利用普渡大學(xué)藥物發(fā)現(xiàn)研究所的聲波納升分液系統(tǒng)，來制備大量完全相同的檢測(cè)板——每板包含約20種固定濃度的候選藥物化合物。隨后，這些檢測(cè)板將被移入WELLJET分液疊板機(jī)中。這款設(shè)備能夠一次性自動(dòng)處理多達(dá)50塊檢測(cè)板，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確一致的96和384規(guī)格試劑分配。篩選檢測(cè)采用三平行，所有試驗(yàn)均使用相同的藥物批次、濃度和方案，旨在減少試驗(yàn)間差異，并生成可直接對(duì)比的數(shù)據(jù)集。

這種標(biāo)準(zhǔn)化能力是該實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建藥物活性整合資源庫的關(guān)鍵。該項(xiàng)目被稱為RADAR，旨在追蹤易感性模式并讓阿米巴進(jìn)入公眾視野。該資源庫包含來自環(huán)境和臨床病例的寄生蟲品系，初步研究發(fā)現(xiàn)，某些品系已表現(xiàn)出比其他生物庫存樣本更強(qiáng)的耐藥性表型。這凸顯了標(biāo)準(zhǔn)化、大規(guī)模篩查在識(shí)別新產(chǎn)生的耐藥性和未來治療挑戰(zhàn)方面的重要性。通過在所有篩選實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用完全相同的自動(dòng)化液體處理工作流程，該實(shí)驗(yàn)室得以將真正的生物學(xué)差異與實(shí)驗(yàn)變異性區(qū)分開來。“批次間差異、供應(yīng)商純度以及人工操作都會(huì)影響結(jié)果，” Chris指出。“自動(dòng)化使我們能夠?qū)⑦@些變量標(biāo)準(zhǔn)化，從而加快數(shù)據(jù)采集和分析的速度，騰出更多精力來關(guān)注真正的生物學(xué)。” 適合生物安全實(shí)驗(yàn)室工作流程的緊湊型自動(dòng)化方案
致病微生物研究對(duì)實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化的要求更為嚴(yán)苛。該實(shí)驗(yàn)室的所有阿米巴篩選工作都是在生物安全二級(jí)（BSL-2）條件下進(jìn)行的，操作空間非常有限。緊湊小巧的WELLJET可放入6英尺的生物安全柜中使用，空間占用很小，為研究者預(yù)留了充足的工作區(qū)域以便高效工作。

“空間占用是我們選擇合適設(shè)備時(shí)的首要考慮因素之一，”Chris解釋說。“WELLJET可輕松放入BSL-2生物安全柜，而且配備了疊板機(jī)系統(tǒng)，單次運(yùn)行可處理大量檢測(cè)板。這一點(diǎn)顯著優(yōu)于那些一次只能處理幾塊板的系統(tǒng)。它的編程也非常簡(jiǎn)單，徹底改變了實(shí)驗(yàn)室新人的培訓(xùn)以及標(biāo)準(zhǔn)化工作流程的日常運(yùn)行。”

除了 WELLJET 之外，該實(shí)驗(yàn)室還使用 MINI 96 移液器來快速完成板到板的液體轉(zhuǎn)移、復(fù)制藥物檢測(cè)板以及將寄生蟲分配到檢測(cè)板中。這些系統(tǒng)共同構(gòu)成了一套靈活且可擴(kuò)展的工作流程，減少了手動(dòng)移液操作，降低了交叉污染風(fēng)險(xiǎn)，并且保護(hù)了研究人員免受重復(fù)性勞損困擾。
助力更快推進(jìn)被忽視疾病的研究進(jìn)展
像WELLJET和MINI 96這樣緊湊小巧且高性價(jià)比的工具，正在幫助學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用原本只能在工業(yè)化藥物研發(fā)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)化、高通量工作流程。通過這種方式，它們?yōu)閺氖潞币姾捅缓鲆暭膊⊙芯康膶W(xué)者們提供了有力支持，從而在需求迫切的領(lǐng)域加快科研進(jìn)展。“自動(dòng)化的效率有助于推動(dòng)長(zhǎng)期未受關(guān)注疾病的相關(guān)研究。我們的目標(biāo)是改善AK患者的預(yù)后，為那些遭受此類腦部感染影響的患者提供生存機(jī)會(huì)，”Chris表示，“如果我們能夠開發(fā)出更安全、針對(duì)性更強(qiáng)的藥物，并且更早地了解耐藥性模式，就能幫助改變目前高致死率疾病的治療結(jié)局。”

參考文獻(xiàn)

1. Rice CA, et al. Discovery of repurposing drug candidates for the treatment of diseases caused by pathogenic free-living amoebae. PLOS Neglected Tropical Diseases. 2020;14(9):e0008353. doi: 10.1371/journal.pntd.0008353
2. Haston, JC and Cope, JR. Amebic encephalitis and meningoencephalitis: an update on epidemiology, diagnostic methods, and treatment. Current Opinion in Infectious Diseases. 2023; 36(3):186-191.doi: 10.1097/QCO.0000000000000923