High-throughput MALDI-MS based read-out of high-density droplet microarrays facilitating next generation on-chip drug discovery

Význam tématu

Miniaturizace a paralelizace syntetických i analytických postupů na jednom čipu usnadňuje rychlé zkoumání rozsáhlých knihoven kandidátních léčiv. Tento přístup významně zkracuje dobu vývoje a snižuje náklady, což je klíčové pro rychlou reakci na pandemie a další urgentní medicínské výzvy.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo demonstrovat integraci vysokohustotních nanokapičkových polí (Droplet Microarray) s ultrarychlým a vysoce citlivým MALDI-TOF-MS čtením pro detekci organických sloučenin až na úrovni attomolů. Studie představuje pracovní postup chemBIOS, který na jediném čipu spojuje syntézu, charakterizaci i screening.

Použitá metodika a instrumentace

• Droplet Microarray (DMA) technologie AQUARRAY na ITO pokoveném skle s omnifilními spoty a omnifobními hranami
• Ne-kontaktní dispense kapalin pomocí I-DOT Mini AQ Edition (Aquarray GmbH)
• MALDI matrix (CHCA) nanesená na kapky a ultrarychlé měření na rapifleX MALDI PharmaPulse MALDI-TOF/TOF (Bruker)

Hlavní výsledky a diskuse

• Analyzovány tři modelové lipidoidy (m/z 644,522; 672,553; 686,569) s množstvím od 0,05 do 1000 fmol na spot
• Snížení průměru spotu ze 2,83 mm na 0,9 mm vedlo ke 100násobnému zvýšení citlivosti (LOD ~0,1 fmol vs. ~10 fmol)
• Platforma umožňuje až 1152 spotů na čipu o rozměrech 76 × 25 mm, zajišťuje vysokou paralelizaci a krátké časy analýz

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a vysoce citlivá on-chip analýza s minimální spotřebou reagentů
• Beznutná další manipulace se vzorky – přímá měření z DMA čipu
• Možnost multimodálního čtení (UV-Vis, IR, fluorescenční mikroskopie, buněčné screeningy)

Budoucí trendy a možnosti využití

• Automatizace a rozšíření kapacity pro screening tisíců sloučenin
• Integrace dalších on-chip syntetických a detekčních technologií
• Personalizovaná medicína: rychlá syntéza a testování pacientsky specifických látek

Závěr

chemBIOS představuje komplexní on-chip řešení, které spojuje syntézu, vysoce citlivou MALDI-TOF-MS detekci a screening v jediném miniaturizovaném formátu. Tím zásadně zrychluje a zefektivňuje rané fáze vývoje léčiv a snižuje spotřebu nákladných materiálů.

Reference

• [1] Benz M, Asperger A, Hamester M, Welle A, Heissler S, Levkin PA. A combined high-throughput and high-content platform for unified on-chip synthesis, characterization and biological screening. Nature Communications. 2020;11:5391.
• [2] Benz M, Molla MR, Böser A, Rosenfeld A, Levkin PA. Marrying chemistry with biology by combining on-chip solution-based combinatorial synthesis and cellular screening. Nature Communications. 2019;10:2879.