基于细胞的探询式分析及其应用制造技术

本文描述的是一个用于通过建模来分析生物系统或过程(例如，疾病状态，如癌症)的发现平台技术。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本文描述的是一个用于通过建模来分析生物系统或过程(例如，疾病状态，如癌症)的发现平台技术。【专利说明】基于细胞的探询式分析及其应用 相关申请 本申请要求2012年4月2日提交的61/619326号美国临时申请、2012年7月6日 提交的61/668617号美国临时申请、2012年4月4日提交的61/620305号美国临时申请、 2012年6月28日提交的61/665631号美国临时申请、2012年8月1日提交的61/678596 号美国临时申请和2012年8月1日提交的61/678590号美国临时申请的优先权，其中各自 的全部内容明确地通过引用在此引入。 专利技术背景 自从我们今天称为分子生物学先驱的James Watson和Francis Crick在1964年 发现了DNA以来，新药开发已有很大的发展。分子生物学的工具和产品使得能够在DNA和 RNA水平快速、详细和精确地测量基因调控。在该范式变革性的发现后的三十年间从上述 平台出现了敲除动物模型、关键酶联反应及发病机制和病理生理学的新知识。在2000年春 季，当Craig Ventor和Francis Collins宣布了人类基因组的最初测序时，科学界掀起了 医药学的新浪潮。 基因组作图立即点燃了例如能够控制疾病（甚至在疾病起始之前）、使用基因治 疗来逆转导致阿尔兹海默氏病或帕金森氏疾病的退化性脑进程和可以被引入到肿瘤的部 位并在恢复正常的组织结构和生理的同时导致疾病消灭的构建体的希望。其他人则采取了 有争议的纠结态度并提出产生在眼睛或头发的颜色、身高等方面想要的后代的概念。然而 十年后，我们仍然没有看到特别的途径使得能够期待基因治疗的持续成功，或甚至遗传过 程的基本控制。 因此，一个显而易见的现实是，遗传学（至少独立于支持结构）没有推动生理学的 终点。事实上，许多过程如转录后修饰、突变、单核苷酸多态性（SNP)和翻译后修饰可以改 变基因和/或其编码的互补蛋白质的本性（providence)，并因而造成疾病过程。 专利技术概述 信息化时代和互联网的建立已经允许信息过载，同时也促进了国际性合作和评 判。具有讽刺意味的是，上述的现实也可能是科学界忽略了几个简单的点的原因，包括细胞 和/或组织内部及之间的信号级联和交互（cross-talk)的通讯允许在出差错时发生用于 纠正机制的体内稳态和消息发送。 一个恰当的例子涉及到心血管疾病（CVD)，这仍然是在美国和许多发达国家中的 主要死亡原因，仅在美国每2. 8例死亡中占1例。此外，CVD作为基础的病理造成相关的并 发症，如慢性肾脏病（?1900万US病例）、慢性疲劳综合征和代谢综合征的关键因素。与 诊断学、微创外科技术、药物洗脱支架和有效的临床监测相关的重大技术进步已经在介入 心脏病学领域中开创了空前增长的时期，也使得CVD的管控更加有效。然而，与CVD及其并 发症（如糖尿病和周围血管疾病）相关的疾病病因尚未完全阐明。 仍然缺乏探索涉及生物学过程如疾病状态（例如，CVD)的病因学的机制和途径， 以及鉴别关键的调控途径和/或目标分子（如"药物靶标"）和/或用于更好的疾病诊断、 管控和/或治疗的标志物的新方法。 本文所描述的专利技术至少部分地基于网络生物学、基因组学、蛋白质组学、代谢组 学、转录组学和生物信息学的工具和方法的新型的协同应用，它们在结合时可利用系统生 物学方法而用于研宄任何目标生物系统，如所选的疾病状态，包括癌症、糖尿病、肥胖症、心 血管疾病和血管生成。在第一步骤中，开发了细胞建模系统以探测各种不同生物系统，如 疾病过程，其中包含经受各种疾病相关环境刺激（例如，高血糖症、缺氧、免疫应激和脂质 过氧化、细胞密度、血管生成激动剂和拮抗剂）的疾病相关细胞。在一些实施方式中，细胞 建模系统涉及各种相互作用的细胞类型（如主动脉平滑肌细胞（HASMC)、近端小管肾细胞 (HK-2)、主动脉内皮细胞（HAEC)和真皮成纤维细胞（HDFa))之间的细胞交互机制。通过 使用几种技术的组合，包括例如，切割边界质谱（cutting edge mass spectrometry) (LC/ MSMS)、流式细胞术、基于细胞的分析和功能分析，获得来自细胞模型系统的高通量生物学 读数。然后通过体外、体内和计算机建模对高通量生物学读数进行生物信息学分析来研宄 叠合数据趋势（congruent data trend)。由此产生的矩阵允许其中开发线性和非线性回归 分析以达到确证压力点（conclusive pressure point)(或"枢纽（hub)"）的交叉相关数 据挖掘。本文所提出的这些"枢纽"都是药物开发的候选者。特别是，这些枢纽代表潜在的 药物靶标和/或疾病标志物。 差别的分子印记使得能够深入了解规定了导致疾病发作和发展的组织微环境中 的改变的机制。总的来说，上述技术平台与战略性细胞建模的结合赋予了可被用于进一步 建立对疾病的理解而同时建立可临床强化医疗标准的生物标志物文库和候选药物的确实 的情报。 此外，这种方法不仅可用于疾病的诊断或干预，也对生物系统中的几乎所有病理 或非病理状态具有普遍的适用性，如其中两个或更多个细胞系统相互作用的生物系统。例 如，这种方法可以用于获得对与药物毒性相关联或具有因果关系的机制的深入了解。因此， 本专利技术提供了可以在广泛情况中普遍适用的用于探询式生物学评估的框架。 本专利技术的平台的显著特征是，基于AI的系统是基于从细胞模型系统获得的数据 集而不诉诸或考虑本领域中的任何现有知识，如涉及该生物学过程的已知的生物学关系 (即没有数据点是人为的）。因此，从该平台生成的所得统计模型是无偏的。本专利技术的平台 及其成分（例如，由其获得的细胞模型系统和数据集）的另一个显著的特点是它允许随着 时间在细胞模型上继续构建（例如，通过引入新的细胞和/或条件），以使得从生物系统或 过程的细胞模型生成的初始的"第一代"一致因果关系网络（consensus causal network) 可以与细胞模型自身的演变一起进化至多代因果关系网络（及由此获得的增量或增量-增 量网络）。以这种方式，细胞模型、来自细胞模型的数据集及通过使用该平台技术方法从细 胞模型生成的因果关系网络可以在从平台技术获得的以前的知识上不断演化和构建。 本专利技术提供用于鉴别生物系统的调节子的方法，所述方法包括： 使用与该生物系统相关的细胞建立该生物系统的模型以代表该生物系统的特征 性方面； 从该模型获得第一数据集，其中该第一数据集代表与生物系统相关的细胞中的总 体蛋白质组学改变； 从该模型获得第二数据集，其中所述第二数据集代表与生物系统相关的细胞的一 种或多种功能活性或细胞反应，其中所述细胞的一种或多种功能活性或细胞反应包括与该 生物系统相关的细胞中的总体酶学活性和/或总体酶学活性对酶代谢产物或底物的效应； 用编程的计算设备仅基于所述第一和第二数据集生成所述总体蛋白质组学改变 和所述一种或多种功能活性或细胞反应之中的一致因果关系网络，其中所述一致因果关系 网络的生成不是基于所述第一和第二数据集以外的任何已知的生物学关系；和 从该一致因果关系网络鉴别在所述生物系统中独特的因果关系，其中与该独特的 因果关系相关的至少一种酶被确定为该生物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于鉴别生物系统的调节子的方法，所述方法包括：使用与该生物系统相关的细胞建立该生物系统的模型来代表该生物系统的特征性方面；从所述模型获得第一数据集，其中所述第一数据集代表与该生物系统相关的细胞中的总体蛋白质组学改变；从所述模型获得第二数据集，其中所述第二数据集代表与该生物系统相关的细胞的一种或多种功能活性或细胞反应，其中所述细胞的一种或多种功能活性或细胞反应包括与该生物系统相关的细胞中的总体酶学活性和/或总体酶学活性对酶代谢产物或底物的效应；用编程的计算设备，仅仅基于所述第一数据集和第二数据集，生成所述总体蛋白质组学改变和所述一种或多种功能活性或细胞反应之间的一致因果关系网络，其中所述一致因果关系网络的生成不基于所述第一数据集和第二数据集以外的任何已知的生物学关系；从该一致因果关系网络鉴别在该生物系统中独特的因果关系，其中与该独特的因果关系相关的至少一种酶被确定为该生物系统的调节子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·R·纳莱恩，R·萨兰加拉简，V·K·维施努达斯，杜敏，T·沃尔什，
申请(专利权)人：博格有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US