細胞内脂質多層マイクロアレイからの定量的用量反応曲線

細胞上の小分子の用量依存性生物活性は、創薬と個別化医療の重要な要因です。小分子マイクロアレイは、小型化されたスクリーニングの有望なプラットフォームですが、特に親油性化合物の場合、in vitroで定量的用量反応曲線を取得するためにそれらを使用することは困難でした。ここでは、ナノタグリオで製造された表面支持脂質マイクロおよびナノ構造アレイの細胞内体積を変化させることにより、細胞に送達される小さな親油性分子の投与量を制御できる小分子マイクロアレイアッセイを確立します。HeLa細胞との正常な細胞接着を得るために、細胞下横方向の寸法を持つ特徴が必要であることがわかりました。親油性薬物含有ナノ構造の容積は、原子力顕微鏡で校正された蛍光顕微鏡を使用して決定されました。表面サポートされている脂質容積情報を使用して、3つのFDA承認型脂肪油性抗がん剤、ドセタキセル、イミキモド、トリエチレンメラミンに対するHELA細胞の応答のEC-50値を取得しました。薬物/脂質パターンを取り巻くコントロール細胞に有意な毒性は観察されず、アレイからの干渉や漏れの欠如を示しています。溶液から脂肪腫腫に供給された同じ薬物の用量反応曲線とのマイクロアレイデータの比較により、有効性値の定量的な違いが明らかになりました。アッセイは、標準のマイクロタイタープレートの面積で少なくとも10,000個の用量応答曲線の密度に対してスケーラブルでなければなりません。

The dose-dependent bioactivity of small molecules on cells is a crucial factor in drug discovery and personalized medicine. Although small-molecule microarrays are a promising platform for miniaturized screening, it has been a challenge to use them to obtain quantitative dose-response curves in vitro, especially for lipophilic compounds. Here we establish a small-molecule microarray assay capable of controlling the dosage of small lipophilic molecules delivered to cells by varying the sub-cellular volumes of surface supported lipid micro- and nanostructure arrays fabricated with nanointaglio. Features with sub-cellular lateral dimensions were found necessary to obtain normal cell adhesion with HeLa cells. The volumes of the lipophilic drug-containing nanostructures were determined using a fluorescence microscope calibrated by atomic-force microscopy. We used the surface supported lipid volume information to obtain EC-50 values for the response of HeLa cells to three FDA-approved lipophilic anticancer drugs, docetaxel, imiquimod and triethylenemelamine, which were found to be significantly different from neat lipid controls. No significant toxicity was observed on the control cells surrounding the drug/lipid patterns, indicating lack of interference or leakage from the arrays. Comparison of the microarray data to dose-response curves for the same drugs delivered liposomally from solution revealed quantitative differences in the efficacy values, which we explain in terms of cell-adhesion playing a more important role in the surface-based assay. The assay should be scalable to a density of at least 10,000 dose response curves on the area of a standard microtiter plate.