研究人员展示了结合药物控制寄生虫的工程方法

实验室视频讲述了这样一个故事：在营养液中自由游动的微小寄生虫是活跃的和可移动的;将同种蠕虫暴露于通过工程技术优化的四种药物的混合物中，它们部分瘫痪，在适当的位置挣扎。

该实验表明，加利福尼亚大学洛杉矶分校的Chih-Ming Ho开发并获得专利的工程技术 - 它被称为反馈系统控制优化技术 - 可以快速识别对小动物模型生物有效的强效药物组合。

这项发现于今天10月4日在线发表在Science Advances杂志上。该论文的主要作者是爱荷华州立大学电气和计算机工程副教授Santosh Pandey;丁小廷，中国上海交通大学生物医学工程学院教授。共同作者是前爱荷华州立大学研究生Zach Njus;Taejoon Kong，现任爱荷华州立大学研究生;苏文琼上海大学;和Ho，加州大学洛杉矶分校机械和航空航天工程的杰出研究教授。

该研究部分得到了国家科学基金会和国防威胁减少机构对Pandey的资助。中国的补助也部分支持了该项目。乔安妮鲍威尔 - 科夫曼，爱荷华州的遗传学，发育和细胞生物学教授兼主席，提供了有关线虫工作的见解。Ho的技术在2012年获得专利，作为操纵和优化生物系统的设备和相关方法。

Pandey说，这项实验可能会导致进一步的工作，为寄生蛔虫或线虫提供有效的治疗，这些蛔虫或线虫会导致人类和牲畜的疾病。可用于治疗蛔虫的少数药物正在丧失其有效性，因为寄生虫会产生多药耐药性。

在这项研究中，将秀丽隐杆线虫的标本放置在微流体试验室中，并暴露于使线虫麻痹的四种药物的不同组合 - 左旋咪唑，噻嘧啶，甲吡啶和三苯双脒。

该实验建立在Pandey研究小组之前的工作基础上，以测试单个药物对线虫线虫的影响。为了测量药物的效果，该实验室开发了视频跟踪软件，用于量化蠕虫在速度和曲率方面的运动。该研究的视频以每秒一帧的速度捕获并跟踪蠕虫的运动，持续10分钟。

“我们希望使用一组简单，可识别的参数来量化蠕虫中的瘫痪事件，”Pandey说。“曲率最高，速度最低的蠕虫真的很挣扎，瘫痪了。”

Pandey说，研究目标是找到一种降低药物浓度同时增加毒性的混合物。这可以降低治疗寄生虫的成本并对抗耐药性的发展。

根据该论文，实验的效果如下：

Pandey的研究小组确定了这四种药物中每种药物的六种浓度水平。Ho的优化系统采用了这些水平，并建议了不同浓度的四种药物的八种不同混合物。Pandey的小组向八个中的每一个暴露了蠕虫并将结果反馈给系统。该系统保留了四种最有效的组合，并建议了四种。

在该实验中，根据该论文，在该过程重复四次以进行32次总测试之后，确定了“获胜鸡尾酒”。

尽管计算机系统仅需要关于实验结果的反馈 - 不需要关于药物药理学，动物生物学或其他特征的信息--Pandey的研究小组发现它是快速找到对线虫有效的药物组合的有效工具。

根据该论文，该测试验证了反馈系统在线虫作为整个生物体的药物测试中的使用。Ho先前已经表明反馈系统可用于细胞研究，包括开发癌症药物和培养系统以维持干细胞。

Pandey说，研究人员成功证明了有效的线虫药物组合可以帮助找到与线虫感染相关的两个主要问题的解决方案。

“一个是多药耐药性，”他说。“这些寄生虫对我们使用过的药物越来越有抵抗力。其中两种是开发新药的巨大开支 - 它可能需要十年以上而且成本非常高。”

潘迪说，实验表明进一步的研究是值得的。

“药物发现的一个更聪明的替代方案是提出现有药物的优化组合，这些药物更有效并且已经得到食品和药物管理局的批准，”他说。“一个令人兴奋的挑战是测试这种技术是否适用于其他模式生物和寄生虫。”