Screening Automation Technologies

Automatiseret HTS Behov for automatisering af HTS Fordele og problemer Nødvendigt udstyr for automatisering Detekteringsmetoder i automatiseret HTS Robotstyring

Behov for automatisering af HTS Større og større libraries

Behov for automatisering af HTS 24,2 targets pr. laboratorium i 2005 ▫G-protein koblede receptorer, kinaser, ionkanaler Screener brønde mod hver target Dvs. screening af 19 millioner brønde om året pr. laboratorium (2005) Stiger med 20 % om året brønde om dagen (2005) 1 brønd  1 datapunkt  Meget data! HTS  Ultra HTS:  > brønde/dag

Nye teknologier i HTS Virksomheder koncentrerer sig især om ▫Forbedret datakvalitet ▫Større succesrate Nye teknologier ▫Nye screeningsmetoder ▫Simplere metoder ▫Teknologier til nye targetklasser

Fordele ved automatiseret HTS Hurtigere Kan screene større libraries Mindre personale (Skal omskoles) Reproducerbare resultater Større sikkerhed Screening i optimalt miljø Miniaturization: mindre reagent og target, færre plader

Forskellige screeningsstrategier Screeningsstrategier ▫Random library screening: Alle compounds i library ▫Focused library screening: Delmængde af library ▫Virtual library screening Virtual library screening ▫Forudsiger affinitet mellem compound og target  Rummelig struktur af target  Virtuel samling af compounds

Udstyr til automatiseret HTS - microplates Standardiserede mål  Automatiseret HTS Automatiseret HTS  Flere brønde pr. plade Antal brøndeArbejdsvolumen (µL) – – – ,2 – 3

Udstyr til automatiseret HTS – liquid handling tools Pin tools ▫V afhængig af spidsens overfladeareal ▫Ulemper: Variation i V, kontakt ▫Fordele: Enkelt, billig, tætte brønde, små V Luft og positiv forskydning (pipetter) ▫Luftmellemrummet må ikke være for stort ▫Ulemper: Dyrere, Større V ▫Fordele: Præcise, Bredt arbejdsområde Peristaltisk overflytning Kapillar-hævert Piezoelektrisk overflytning

Udstyr til automatiseret HTS – liquid handling tools Typisk assay sammensættes af 2-5 komponenter Compounds: Fra stock i DMSO, <50 nL Handling toolVolumen Pin tools5 – 500 nL Luft- og positiv forskydning 250 nL – 1 mL Peristaltisk overflytning> 1 µL Kapillar-hævert 20 nL – 1 µL Piezoelektrisk overflytning 0,5 nL – 10 µL Antal brøndeVolumen af tilsætninger (µL) 965 – – ,5 – 3

Overførsel af små volumener (nL) Skal tage højde for ▫Overfladespænding, diffusion, fordampning ▫Uensartethed i tippens åbningsstørrelse ▫Viskositet (temperatur)

Detektions Teknologier Primære detektions metoder ▫Fluorescens  FLIPR  FI  TR-FRET  FP ▫Luminescens  Glow  Flash  Electrochemiluminescens ▫Radiometric  Filterbinding ▫Absorbance

Detektions Teknologier Plate readers ▫Baseret på photomultiplier tubes (PMT)  Meget sensitive lys detektorer ▫Pladen bevæges under detektoren ▫Lys kilde  Tungsten  Lasers  Bedre sensitivitet  LED  Billig  Specific bølgelængde ▫Bølgelængde  Fixed  Filtre valgt for specifikke prober  Variabel ▫Multimode  Kan aflæse ”alle” detektor metoderne  Fordel:  Kan nøjes med én ▫Plads ▫Billigere  Ulemper  Sensitivitet kan blive svækket

Detektions Teknologier Plate Imagers ▫Makro  Afkølede (- 100 grader) CCD  2D billede forstærker/foton tæller  Begge aflæser alle brønde eller del af pladen simultant.  Frame rate  Afkølede CCD ▫Kræver længere eksponering / langsom ”frame-rate”  Foton tæller ▫Hurtig ”frame-rate”, men kræver behandlingstid

Detektions Teknologier Plate Imagers ▫Mikro  High Content screening (HCS)  Detaljerede information om molekylære forløb ▫Forståelse af ”drug” kandidater  Flere billeder pr. plade brønd ▫Forstørrelse  Fordel ▫Tillader automatisering af targets der hidtil var umulige at screene. ▫Reducere udgifter til celle baseret assays ▫Simplere design af disse ▫Måle flere ting på en gang (virkningsgrad, giftighed, specificitet) ▫Er blevet optimeret  bedre forståelse af ”false positives”  Ulemper ▫Kræver lagre plads og bedre software

Detektions Teknologier Plate Imagers Mikro HCS detektion  Laser scanners ▫Origin: fluorescens cell sorting ▫Rekonstituere billeder (pseudo) ▫God til hele celle og bead analyse  CCD imagers ▫Origin: fluorescens mikroskop ▫Fra automatiseret mikroskop plade læsere til langt mere advanceret systemer ▫Kan zoome ind til høj opløsning

Detektions Teknologier Plate readers Vs. Plate Imagers ▫Fordele  Højere sensitivitet  Billigere i drift  Mindre ▫Ulemper  Langsommere ved ”høj densitets” plader  Normalisering kan være nødvendigt

Detektions Teknologier Andre ▫Dispense and read devices  Vigtige for målinger af aktivitet efter tilførelse af væske Generelle fejlkilder ▫Crosstalk ▫Volume effekter  Luft bobler  Ridser  Lys spredning

Robotstyring

Traditionel arbejdsstation ▫Enkle og simple funktioner  Specifikke og effektiv ▫Plate reader eller væske håndtering ▫Pladerne bliver flyttet manuelt Robotbehandling af prøver ▫Fra 1 pipette til 4 og 8 kanals pipetter ▫Mere mobile ▫Udviklet til advanceret systemer  Væske håndteringssystem  Fuldt autmatiseret Plade opbevaring ▫”Hoteller”  Fra simpel plade opbevaring  Til advanceret systemer  Karrusel opbygning  Automatisk stregkode  Temperatur/fugtigheds kontrol ▫”Plate Stacker”  Lodrette stabler  Først ind – først ud system Plade overførsel ▫Simple - begrænset til 2 akser ▫”high-tech” – hurtigere, større fleksibilitet.

Robotstyring Fuld integreret robotsystemer ▫Samling af forskellige arbejdsstationer ▫Robot arm sørger for flytte pladerne mellem dem ▫Software kontrollet ”turn-key” systemer ▫Klar til brug ▫Leveres komplet med valideret protokoler og software