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Aquí se describe la citotoxicidad celular y ensayos de infectividad redondas individuales que permiten la detección rápida y precisa de los compuestos para determinar su citotoxicidad celular (CC 50) y los valores de IC50 contra WT y VIH-1 resistente drogas.
Aunque un número de medicamentos contra el VIH se han aprobado, todavía hay problemas con la toxicidad y la resistencia a los medicamentos. Esto demuestra la necesidad de identificar nuevos compuestos que pueden inhibir la infección por los resistentes a los medicamentos del VIH-1 cepas comunes con una toxicidad mínima. Aquí se describe un ensayo eficiente que se puede utilizar para determinar rápidamente la citotoxicidad celular y la eficacia de un compuesto frente a las cepas virales WT y mutantes.
La línea celular diana deseada se sembró en una placa de 96 pocillos, y después de una incubación de 24 horas, se añaden seriada diluciones de los compuestos a ensayar. No hay manipulaciones adicionales son necesarios para los ensayos de citotoxicidad celular; para anti VIH Ensayos de una cantidad predeterminada de cualquiera de un WT o VIH-1 resistente vector de medicamento que expresa luciferasa se añade a las células. La citotoxicidad se midió utilizando un ensayo de luminiscencia dependiente de ATP y el impacto de los compuestos sobre la infectividad se mide mediante la determinación de la cantidad de luciferase en la presencia o la ausencia de los inhibidores putativos.
Este ensayo de exploración tarda 4 días en completarse y varios compuestos pueden ser examinados en paralelo. Los compuestos se criban por triplicado y los datos se normalizan a los niveles de infectividad / ATP en ausencia de compuestos diana. Esta técnica proporciona una medición rápida y precisa de la eficacia y la toxicidad de los compuestos potenciales anti-VIH.
La disponibilidad de las drogas dirigidas a varios pasos esenciales en el ciclo vital del virus VIH-1 ha llevado a la terapia de combinación de drogas (llamada terapia altamente activa antirretroviral, o HAART) que ha mejorado en gran medida el tratamiento de las infecciones por el VIH-1, y la supervivencia a largo plazo de los pacientes. TARGA, que típicamente utiliza combinaciones de dos nucleósidos de la transcriptasa inversa (RT) y los inhibidores ya sea un inhibidor de proteasa o un inhibidor no nucleósido de la RT, ahora se ha convertido una enfermedad mortal en una condición de vida larga 1-5. Sin embargo, a pesar de los muchos éxitos de la terapia HAART en una supresión sostenida de la replicación viral, tiene limitaciones. TARGA no erradica el VIH, por lo que los pacientes no se curan y el tratamiento es de por vida. Hay problemas con la toxicidad del fármaco y con la aparición de cepas resistentes a los medicamentos. La resistencia puede surgir de todos los medicamentos contra el VIH aprobados contra, incluidos los medicamentos recientemente aprobados que se dirigen a la integrasa del VIH (IN). Resistencia a los medicamentos probablemente surge becauso de mutaciones espontáneas que se producen durante la replicación viral (tasa de error de 3 x 10 -5 ciclo de mutaciones / base / reproducción) 6. Cuando surgen mutaciones en los genes que codifican para los objetivos de los fármacos anti retrovirales, un pequeño subconjunto de estas mutaciones dará lugar a una reducción en la susceptibilidad de la cepa viral a los medicamentos. Para evitar el desarrollo de resistencia a los medicamentos, las concentraciones de fármacos deben mantenerse en niveles que suprimen totalmente la replicación del VIH. La mala adherencia al régimen terapéutico agrava el problema y puede conducir a la rápida evolución de la resistencia a 7-9. Aunque las concentraciones de fármaco pueden variar en los pacientes debido a la diferente absorción, metabolismo, distribución, y los niveles de excreción, altas concentraciones de drogas pueden conducir a la toxicidad 10. Puesto que la terapia continua para la vida del paciente, hay serias preocupaciones de seguridad acerca de la toxicidad a largo plazo de los antirretrovirales. Los antirretrovirales utilizados en la terapia HAART puede tener efectos adversos and ha habido incidencias donde los efectos secundarios han sido peligrosa para la vida 11-15. Los problemas de los pacientes se encuentran con el desarrollo de la resistencia y toxicidad subyacen a la necesidad de desarrollar nuevos fármacos que bloquean eficazmente la replicación de las cepas resistentes a los medicamentos comunes del virus con una toxicidad escasa o nula a largo plazo.
Por lo tanto, hay una necesidad de un ensayo que puede seleccionar compuestos que bloquean los pasos esenciales en el ciclo de vida viral rápidamente. Aquí se describe un ensayo eficiente que se puede utilizar para evaluar la citotoxicidad de un compuestos y su capacidad para bloquear la replicación de ambos WT y cepas de VIH resistentes a los fármacos rápidamente y de manera eficiente. El ensayo se utiliza es similar a un ensayo que fue desarrollado para la detección de resistencia a los medicamentos en el virus aislado de pacientes 16-18.
Aunque el ensayo se puede utilizar sin modificación para la detección de compuestos que pueden bloquear la transcripción inversa del VIH, vamos a describe usando el ensayo para evaluar EN inhibidores. EN es una enzima viral esencial que inserta el ADN viral en el genoma celular 19. Aunque se están desarrollando una serie de prometedores en inhibidores, algunos de los cuales están actualmente en fase de ensayos clínicos, sólo Isentress 20, 21 (también conocido como raltegravir o RAL) y, más recientemente, elvitegravir (EVG) 22 y Dolutegravir (DTG) 23 han sido aprobado por la FDA. Estos compuestos son activos contra el VIH tanto B y subtipos no B en cultivo celular y en los pacientes 24, 25. Sin embargo, el tratamiento con RAL selecciona para resistente a los medicamentos del VIH-1 en los mutantes, incluyendo Y143R, N155H y G140S/Q148H 24, 26-31. N155H y G140S/Q148H también reducen la eficacia de EVG, que hace hincapié en la necesidad de diseñar y desarrollar la segunda generación de los inhibidores de transferencia de cadena (INSTIs) que son eficaces contra estas mutaciones de resistencia.
1. Preparación de cepas madres
2. Preparación de las placas de 96 pocillos durante la investigación de compuestos
3. Generación de Virus Stocks
Producir VSV-G-pseudotyped VIH mediante la transfección de células 293 (como se muestra en la Figura 1, paso 1) 32-34.
4. Compuesto Proyección en placas de 96 pocillos
Screen cada compuesto por triplicado y promediar los resultados.
Nota: el efecto de cada compuesto sobre la replicación viral se corrige mediante la normalización al nivel de la replicación obtenida en ausencia de cualquier compuesto.
5. Preparación y evaluación de la citotoxicidad y la infectividad en placas de 96 pocillos
6. Determinación de la CC 50 e IC 50 valores para los Compuestos
Si el ensayo (Figura 1, los pasos 1 y 2) se realizó con éxito, entonces los valores de luciferasa deberían ser similares a los datos presentados en la Tabla 2 explorar a través de la gama de concentración.; un compuesto potencialmente potente revelará aumento de la actividad de la luciferasa de izquierda a derecha, y el control debe tener la mayor actividad de la luciferasa. Si la actividad de la luciferasa no supere 0,1 unidades relativas de luciferasa (RLU) en toda la gama de concentración, esto normalmente indica que el compuesto mató a las células. Si los datos de la luciferasa es mayor que o igual a 2,0 RLU a través de todas las diluciones en serie, a continuación, los compuestos no fueron capaces de inhibir el VIH-1 infecciones a las concentraciones ensayadas.
Trazado de la concentración de los compuestos frente a la inhibición de la actividad de la luciferasa por ciento en Kaleidagraf (Tabla 3, parte A), después de realizar el análisis de regresión lineal, se producen resultados similares para t manguera se muestra en la Tabla 3, parte B.
Figura 1. Preparación de VIH-1 reservas de virus y de la configuración de la citotoxicidad celular y Single-ronda Infectividad Los ensayos. En el paso 1, las células 293T se transfectan con pNL4.3ΔEnv.LUC y VSV-G y se incubaron durante 48 h para producir el virus 34 . El virus se recoge y se almacena (congelado a -80 ° C en alícuotas) hasta que se utiliza en los ensayos de infectividad. Para el paso 2, células HOS se siembran en una placa de 96 pocillos y se incubaron durante 24 h. Las células se incubaron previamente con diluciones seriadas de los compuestos a ensayar durante 3 horas y después se infectaron con el virus (ya sea WT o resistente a las drogas). Después de una incubación de 48 horas, se midió la actividad de luciferasa.
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Tabla 1. Selección de Medicamentos de serie de prototipos de dilución. Un examen más riguroso consiste en 11 diluciones en serie que normalmente se inician a los 10 M y desembocan en 0.0005 M. Las diluciones en serie se preparan 10x; hay 100 l de células y 100 l de virus en cada pocillo). En este volumen y siguiendo estos cálculos, las diluciones en serie serán suficientes para 3 filas de una placa entera de 96 pocillos. Los ensayos de citotoxicidad se preparan de manera similar; sin embargo, las 11 diluciones en serie comienzan en 250 M y terminan a las 0.05 mM. Sólo 11 l de las diluciones se añaden a los pocillos en la placa que contiene 100 l de células. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Tabla 2. Lectura de datos de la señal de luciferasa y Determinación del porcentaje de inhibición de la actividad luciferasa. La tabla de datos muestra un conjunto típico de datos de la luciferasa para un compuesto éxito. La tabla también muestra los cálculos adicionales necesarios para determinar el porcentaje de inhibición de la actividad de la luciferasa y la CC 50 e IC 50 valores. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Tabla 3. Análisis de Regresión Lineal tabla de datos. Parte A. Representación gráfica de la gama de concentración utilizada en comparación con el porcentaje de inhibición de la actividad de luciferasa en Kaleidagraf producirá las curvas de inhibición apropiadas. Parte B, Las curvas de inhibición se define por la 3 paramétricofunción sigmoidal y ajuste a los datos mediante análisis de regresión lineal 18. Esta tabla de datos se utiliza en conjunción con Microsoft Excel para calcular las concentraciones de fármaco necesaria para inhibir el virus de la integración y la citotoxicidad celular en un 50%, por ejemplo, IC 50 y CC 50. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Se describe un ensayo rápido, eficiente y reproducible que se puede utilizar para seleccionar compuestos para la citotoxicidad y por su capacidad para inhibir la replicación de ambos WT y resistente VIH-1 de drogas. La capacidad de identificar rápidamente compuestos y probar su eficacia y la citotoxicidad es crucial en el desarrollo de nuevos y mejores medicamentos contra el VIH-1. Una vez que se identifican los compuestos de plomo, análogos del compuesto de plomo pueden ser producidos y probados utilizando el mismo ensayo. El ensayo es relativamente simple. Hay dos controles positivos y negativos que permiten al usuario a diagnosticar los problemas más comunes (compuestos tóxicos, problemas con el vector stock). El uso de un conjunto por triplicado de pocillos sin compuesto añadido muestra que se ha producido la infección viral. El hecho de que la citotoxicidad se mide en un ensayo independiente Evita mala interpretación de una reducción de la luciferasa causada por la citotoxicidad como un efecto específico sobre la replicación viral.
Los pasos críticosen el protocolo se preparan las placas de manera que las células se distribuyen uniformemente en los pocillos, los pocillos que tienen las concentraciones apropiadas de los compuestos a ensayar, la adición de la misma cantidad de virus a cada uno de los pocillos, y midiendo la actividad de luciferasa a determinar la CC 50 e IC 50 valores.
El ensayo es seguro, cuantitativa y reproducible. El ensayo es seguro porque el vector es de replicación defectuosa. El ensayo es cuantitativa y reproducible, ya que se basa en un único vector redondo que expresa luciferasa, que puede ser ensayada con precisión y convenientemente. En un ensayo de replicación del virus ronda múltiples, el CI medido 50 depende del número de ciclos de vida virales; este es un problema particular cuando los ensayos implican ambos WT y los virus resistentes a los fármacos que pueden tener capacidades significativamente diferentes de replicación.
Se han realizado varios ensayos enzimáticos informado anteriormente de que puedaser utilizado para la detección de inhibidores de la IN. Los ensayos que implican la tecnología de PCR en tiempo real para medir ADN integrado requieren proteínas recombinantes purificadas (s), y son, en general, tanto más mano de obra intensiva y costosa 36, 37. Aunque es posible utilizar ensayos enzimáticos para medir el impacto de los compuestos sobre las otras enzimas virales (RT y proteasa), cada enzima requiere su propio sistema de ensayo. El ensayo de vector de ronda, como se describe, puede ser utilizado, sin modificación, para la detección de inhibidores de la RT. Un ensayo similar se puede utilizar para la detección de inhibidores de la proteasa; Sin embargo, en un ensayo de inhibidor de la proteasa, los compuestos deben ser añadidos a las células utilizadas para producir los vectores. Un ensayo relacionados, utilizando diferentes células y vectores, también se puede utilizar para la detección de envoltura (env) y los inhibidores de la fusión de entrada del VIH. Por último, el ensayo se puede usar, en una escala más grande, con dispensadores de automatización robótica. Por lo tanto, el ensayo se puede usar para cribar grandes bibliotecas de compuestos contra WT y mutant VIH. Sin embargo, el hecho de el ensayo puede detectar un inhibidor de la replicación del VIH que actúa en diferentes etapas de los puntos ciclo de vida viral a una limitación en la interpretación de los datos. Por sí mismo el ensayo no define lo que paso en el ciclo de vida está bloqueado por un compuesto. Si surge esta pregunta, se puede resolver mediante el uso de tiempo de los ensayos de adición 38, y probando el compuesto contra las proteínas virales recombinantes purificadas.
Lamentablemente, a pesar del éxito de los medicamentos contra el VIH, todavía hay problemas con la resistencia y la toxicidad. En ausencia de una vacuna eficaz contra el VIH, hay una necesidad no sólo para desarrollar nuevos fármacos terapéuticos que serán eficaces contra los mutantes resistentes a los fármacos existentes, sino también para desarrollar fármacos profilácticos que pueden reducir la propagación del virus. Si el uso profiláctico de medicamentos contra el VIH comprende el ámbito del tratamiento de las personas infectadas, este enfoque colocará una carga especial en el desarrollo de fármacos que se tienen loco o nada de toxicidad a largo plazo.
Los autores no tienen nada que revelar.
Esta investigación fue apoyada por el Programa de Investigación Intramural del Instituto Nacional del Cáncer.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
DMSO | Sigma | D2650 | |
DMEM | Corning Cellgro | 10-017 | |
ATPlite Luminescence ATP Detection Assay System | Perkin Elmer | 6016941 | |
Steady Lite Plus High Sensitivity Luminescence Reporter Gene Assay System | Perkin Elmer | 6016751 | |
Dulbecco's PBS | Gibco-Life Technologies-Invitrogen | 14190-136 | |
SpectraMax Gemini EM | Molecular Devices | ||
KaleidaGraph | Synergy Software | ||
Nunc F96 Microwell White Polystyrene Plate | Thomas Scientific | 12-566-26 | |
Eppendorf Thermomixer Compact | Sigma Aldrich | T1442-1EA | |
Turbo DNase | Ambion-Life Technologies-Invitrogen | AM2238 | |
Millex HA Filter Unit, 0.45 µM | Millipore | SLAHA033SS | |
Alliance HIV-1 p24 Elisa Kit | Perkin Elmer | NEK050B001KT | |
HOS cells | ATCC | CRL-1543 | |
TZM-bl cells | NIH AIDS Reagent Program | 8129 | |
pNL4.3ΔEnv.LUC | NIH-NCI HIV Drug Resistance Program- Hughes Lab | ||
VSV-G | NIH-NCI HIV Drug Resistance Program- Hughes Lab | ||
SoftMax Pro | Molecular Devices | 0200-310 |
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