マクロファージ継代に対する薬効を評価するために、ハイスループットアッセイの互換性<em>結核菌</em
Summary
New models and assays that would improve the early drug development process for next-generation anti-tuberculosis drugs are highly desirable. Here, we describe a quick, inexpensive, and BSL-2 compatible assay to evaluate drug efficacy against Mycobacterium tuberculosis that can be easily adapted for high-throughput screening.
Abstract
The early drug development process for anti-tuberculosis drugs is hindered by the inefficient translation of compounds with in vitro activity to effectiveness in the clinical setting. This is likely due to a lack of consideration for the physiologically relevant cellular penetration barriers that exist in the infected host. We recently established an alternative infection model that generates large macrophage aggregate structures containing densely packed M. tuberculosis (Mtb) at its core, which was suitable for drug susceptibility testing. This infection model is inexpensive, rapid, and most importantly BSL-2 compatible. Here, we describe the experimental procedures to generate Mtb/macrophage aggregate structures that would produce macrophage-passaged Mtb for drug susceptibility testing. In particular, we demonstrate how this infection system could be directly adapted to the 96-well plate format showing throughput capability for the screening of compound libraries against Mtb. Overall, this assay is a valuable addition to the currently available Mtb drug discovery toolbox due to its simplicity, cost effectiveness, and scalability.
Introduction
結核（TB）は、40年以上にわたって1用の抗結核化学療法レジメンの利用可能性にもかかわらず、世界的に深刻な健康への脅威のまま。これは、非準拠2を患者につながる複数の薬剤の組み合わせを使用して6ヶ月以上の長い治療期間の要件に一部起因します。近年の薬剤耐性結核の出現は、さらに臨床的に承認された医薬品の開発に成功が事実上存在しない3分野で問題を配合しました。確かに、徹底的な抗結核薬の開発にもかかわらず、唯一の単一の薬物は、FDAは、過去40年4臨床使用が承認されました。したがって、抗結核薬の新しい世代が緊急にこの問題に対処するために必要とされます。
結核治療薬の発見において重要な問題は、臨床設定における有効性へのin vitroでの活性を有する化合物からの転送成功の欠如であります= "外部参照"> 5、6、7。最初に、ターゲットベースのアプローチは、細菌細胞全体に変換することができなかった抗Mtbの薬剤 5をスクリーニングするために使用されました。 Mtbの細胞を用いた場合でも、それは多くの場合正確にインビボ 8,9 において薬効を予測していないブロス増殖させた培養物を用いて行われます。これらの問題は認識されているとのMtbを含むマクロファージまたは潜在性のMtbに対する薬物スクリーニングアッセイは、正常8に確立された、10、11、12。しかし、これらのより高度なアッセイは、薬は、非血管新生した肺病変における、および感染部位に壊死巣で遭遇する浸透障壁に十分な配慮を与えることはありません。確かにでも最初の行の結核治療薬のリファンピシンのため、次善の投与は、 生体組織や脳脊髄液（CSF） で不十分なに疑問視されている13、14、15だけでなく、細胞内のMtb 8、9に対して有効性を減少を浸透。このように、初期のリード開発プロセスの間に考慮に入れ、これらのパラメータを取る新モデルおよびアッセイは間違いなく結核治療薬の発見の努力を改善するであろう。
このニーズに応えるために、我々は最近、安価で迅速、かつMtbの薬効試験の16のためのBSL-2互換の代替感染モデルを確立しました。生理学的に関連する細胞透過障壁を再現し大マクロファージの結合構造体、および生成されたマクロファージ継代以内に密集したMtbの生産この感染モデル<e潜在マウンテンバイクに似ている、変化した生理状態を持つメートル>マウンテンバイク。この感染モデルから派生したMtbは、他の細胞内感染モデルと一貫性のある結果を生成した薬効を評価するためにレサズリンマイクロタイターアッセイ（REMA）と合わせ、血清濃度に比べて高いCSF濃度を達成するための一般的な結核治療薬の報告能力とよく相関していました16。
ここでは、 マウンテンバイク /マクロファージの結合構造体の生成は、REMAを使用して、薬剤感受性試験に適したマクロファージ継代のMtbを生成するために、詳細に説明します。特に、我々は、この感染系を候補の抗結核薬のスループットスクリーニングとの互換性のために96ウェル形式に適合させることができる方法を示します。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここでは、詳細に薬効試験に適した代替のMtb感染モデルを説明してきました。このモデルは、アカウント初期の結核治療薬の開発プロセスの間に、より配慮を与えられるべき二つの重要な要因を考慮に入れる：薬剤浸透と感染時のMtbの代謝変化に生理学的に関連の障壁の存在。我々は以前に私たちの感染モデルの利点を示し、スループットの互換性16の?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We thank Dr. Frank Wolschendorf for access to the Cytation 3 automated imaging plate reader. This work was funded in part by NIH grant R01-AI104499 to OK. Parts of the work were performed in the UAB CFAR facilities and by the UAB CFAR Flow Cytometry Core/Joint UAB Flow Cytometry Core, which are funded by NIH/NIAID P30 AI027767 and by NIH 5P30 AR048311.
Materials
| 7H9 | BD Difco | 271310 | Follow manufacturer's recommendations |
| Middlebrook OADC | BD Biosciences | 212351 | |
| Tyloxapol | Sigma | T8761 | Prepare 20% stock solution in H2O; filter sterilize |
| D-Pantothenic acid hemicalcium salt | Sigma | P5710 | Prepare 24 mg/ml stock solution in H2O; filter sterilize |
| L-leucine | MP Biomedicals | 194694 | Prepare 50 mg/ml stock solution in H2O; filter sterilize |
| Hygromycin B | EMD Millipore | 400051 | Prepare 200 mg/ml stock solution in H2O |
| Nalgene Square PETG media bottle | Thermo Fisher | 2019-0030 | |
| RPMI 1640 media | Hyclone | SH30027.01 | |
| Fetal Bovine Serum | Atlanta Biologicals | S12450H | |
| L-glutamine | Corning | MT25005CI | |
| HEPES | Hyclone | SH30237.01 | |
| Cytation 3 plate reader | Biotek | Interchangable with any fluorescent plate reader and microscope | |
| Gen5 Software | Biotek | Recording and analysis of rezasurin coversion | |
| Rifampicin | Fisher Scientific | BP2679250 | Prepare 10 mg/ml stock solution in H2O |
| Moxifloxacin Hydrochloride | Acros Organics | 457960010 | Prepare 10 mg/ml stock solution in H2O |
| Resazurin Sodium Salt | Sigma | R7017 | Prepare 800 μg/mL stock solution in H2O; filter sterilize |
| Tween-80 | Fisher Scientific | T164500 | Prepare 20% stock solution in H2O; filter sterilize |
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