Biyomedikal Araştırmalar ve High Throughput Screening (HTS)
High Throughput Screening (HTS), modern biyomedikal araştırmalarda ve ilaç keşfi süreçlerinde çok sayıda bileşiğin, genetik hedefin veya biyolojik koşulun eş zamanlı olarak test edilmesini sağlayan yüksek verimli bir analiz yöntemidir. Özellikle hücre temelli taramalarda, enzim aktivitelerinde, protein–protein etkileşimlerinde ve fenotipik değişimlerde kısa sürede büyük veri setleri üretme kapasitesi sayesinde, HTS teknolojisi araştırma süreçlerini hem hızlandırır hem de sistematikleştirir. 96, 384 veya 1536 kuyucuklu mikroplate formatlarında gerçekleştirilen bu taramalar, otomasyon sistemleri, robotik sıvı transfer üniteleri ve görüntüleme teknolojileriyle entegre çalışarak tekrarlanabilirliği yüksek, düşük maliyetli ve zaman açısından verimli çözümler sunar. HTS, bugün sadece ilaç geliştirme alanında değil; kanser biyolojisi, immünoloji, nörobilim ve genetik gibi birçok temel bilimsel araştırma alanında da vazgeçilmez bir araç haline gelmiştir
Kanser biyolojisi, protein–protein etkileşimleri, genetik tarama sistemleri, ilaç keşfi ve toksisite analizleri gibi farklı alanlarda kapsamlı veri elde edebilmek için HTS uyumlu plate sistemlerini tercih etmektedir. Bu teknoloji, çok sayıda bileşiğin ya da koşulun küçük hacimlerde, tekrarlanabilir ve hızlı bir şekilde analiz edilmesini mümkün kılar.
- Kanser Biyolojisi
Kanser biyolojisi, hücresel sinyal yolaklarının karmaşıklığı, genetik mutasyon çeşitliliği ve tümör mikroçevresinin dinamik etkileri nedeniyle yüksek çözünürlüklü ve sistematik analizlere ihtiyaç duyan bir alandır. Bu kapsamda, High Throughput Screening (HTS) teknolojisi; farklı ilaç bileşiklerinin, genetik hedeflerin ya da çevresel koşulların kanser hücreleri üzerindeki etkilerini çoklu koşullarda eş zamanlı değerlendirme imkânı sunar. Özellikle tümör mikroçevresi–genetik instabilite ilişkisi, kanser kök hücrelerinin duyarlılığı, apoptoz ve proliferasyon yanıtları gibi konuların araştırılmasında, HTS uyumlu plate sistemleri araştırmacılara hız, doğruluk ve ölçeklenebilirlik kazandırır. Günümüzde kanser tedavisine yönelik ilaç taramaları, genetik müdahale taramaları (CRISPR, RNAi) ve fenotipik analizlerin büyük bir kısmı HTS formatında gerçekleştirilmektedir.
Kanser araştırmalarında, geleneksel 2D hücre kültürü sistemlerinin sınırlı fizyolojik temsil kabiliyeti, araştırmacıları daha gerçekçi ve anlamlı 3D hücre tabanlı test sistemlerine yönlendirmiştir. Son yıllarda, bu üç boyutlu modellerin yüksek verimli tarama (HTS) formatlarına entegrasyonu, özellikle erken dönem ilaç keşfi süreçlerinde önemli bir ivme kazanmıştır.
Bu entegrasyonun mümkün kılınmasında, mikroplaka yüzey modifikasyonları, sferoid kültürleme teknikleri ve nanoteknoloji destekli hücre manipülasyonları kritik rol oynamaktadır. Özellikle, hücrelerin NanoShuttle-PL gibi nanoparçacıklarla işaretlenerek manyetik alan altında hızlı 3D yapı oluşturmaları, HTS sistemlerine uygun, tutarlı sferoid üretimini mümkün kılmıştır.
Yapılan çalışmalarda, bu sistemlerin manuel uygulamalardan robotik HTS platformlarına taşınması, verimliliği ciddi oranda artırmıştır. Ancak bu geçiş, aynı zamanda özel taşıma sistemleri, manyetik inkübatörler ve otomasyon destekli çözümler gerektirmiştir. Geliştirilen bu platformlar, 3D biyobaskı sistemleriyle entegre edilerek, kanser hücrelerinin daha gerçekçi mikromimarisini oluşturmaya ve bu modeller üzerinden çok sayıda ilaç adayını paralel olarak test etmeye imkân sağlamaktadır.
HTS uyumlu plate sistemleri, bu tür yenilikçi yaklaşımların temel taşıdır. 384 veya 1536 kuyucuklu formatlar, hem sferoid başına düşük hacimli kültür imkânı sunmakta hem de otomasyon sistemleriyle tam uyum içinde çalışmaktadır. Kanser biyolojisinde 3D sistemlerin HTS ile birleşimi, araştırmacılara hem fizyolojik anlamlılık hem de deneysel hız kazandırmaktadır.
Modern kanser tedavisinde artık tek tip çözümler yerine, hastaya özgü genetik profillere göre şekillenen kişiselleştirilmiş yaklaşımlar ön plana çıkıyor. Ancak bu stratejilerin hayata geçmesinde araştırmacıların karşılaştığı en büyük engeller arasında; tümör heterojenitesi, primer hücre elde etme güçlüğü, farmakogenomik veri eksikliği ve klinikle bağlantılı hızlı ilaç tarama sistemlerinin sınırlılığı yer alıyor.
Bu zorlukların üstesinden gelmek üzere geliştirilen yeni nesil teknolojiler, özellikle primer kanser hücrelerinin mikro hacimli sistemlerde kültüre edilerek çok sayıda ilaca karşı eş zamanlı test edilmesini mümkün kılıyor. Örneğin, yakın tarihli bir çalışmada araştırmacılar, beyin tümörlerinden elde edilen primer hücreleri, çip üzerindeki 30 nL aljinat bazlı mikrodamlacıklara enkapsüle ederek, 24 farklı antikanser ilaca karşı doz-cevap analizleri gerçekleştirmiştir. Bu sistem, hem hasta hücresine özgü ilaca duyarlılık profilini net bir şekilde ortaya koymuş hem de in vitro verilerin, önceki in vivo ksenogreft modelleriyle yüksek korelasyon gösterdiğini ortaya koymuştur.
Bu tür mikrohacimli test sistemlerinin en güçlü tamamlayıcısı ise, HTS uyumlu plate tasarımlarıdır. Gerek 96, 384 ya da 1536 kuyucuklu formatlarda, gerekse mikroakışkan platformlarla entegre olabilen özel plate sistemleriyle, primer hücre bazlı ilaç etkinlik taramaları hem hızlanmakta hem de klinik uygulanabilirliğe bir adım daha yaklaşmaktadır.
- Protein-Protein Etkileşimlerinin Hedeflenmesi
Protein–protein etkileşimleri (PPI), özellikle geleneksel enzim inhibisyonu yaklaşımlarının sınırlı kaldığı durumlarda yeni nesil tedavi geliştirme stratejilerinde giderek daha fazla önem kazanmaktadır. Nörolojik hastalıklar, özellikle Alzheimer hastalığında (AD) kritik rol oynayan p38 kinazları ve bunların en önemli substratlarından biri olan MAPK-activated protein kinase 2 (MK2) arasındaki etkileşim, bu alandaki dikkat çekici örneklerden biridir. p38/MK2 etkileşimi; nöronal hasar, nöroinflamasyon ve hastalık progresyonunda belirleyici rol oynar.
Son dönemde yapılan bir çalışmada, p38’in kinaz aktivitesini değil, izoform-spesifik p38/MK2 protein–protein etkileşimini hedefleyen yenilikçi bir yaklaşım geliştirilmiştir. Araştırmacılar, Time-Resolved Fluorescence Energy Transfer (TR-FRET) tabanlı bir analiz sistemini optimize ederek 384 kuyucuklu ve ultra-HTS 1.536 kuyucuklu formatlarda miniaturize etmiştir. Bu sayede 10.000’den fazla yapısal çeşitliliğe sahip farmakolojik bileşik taranmış ve p38/MK2 etkileşimini düşük mikromolar düzeyde inhibe eden yeni moleküller tanımlanmıştır.
HTS uyumlu plate sistemleri sayesinde elde edilen yüksek sinyal/gürültü oranı, uzun süreli sinyal stabilitesi ve DMSO toleransı, bu taramaların güvenilirliğini artırarak hem biyokimyasal hem de hücresel doğrulama aşamalarına sorunsuz geçiş sağlamaktadır. Bu yaklaşım, Alzheimer gibi nörodejeneratif hastalıkların yanı sıra, kanser biyolojisinde de PPI hedefli tedavi geliştirme çalışmalarında önemli bir model oluşturabilecek niteliktedir.
High-throughput screening (HTS) teknolojisi, biyoloji, biyoteknoloji ve tıp alanlarında proteine dayalı çalışmalar için geniş bir uygulama yelpazesi sunar. Verim optimizasyonu, ilaç veya biyobelirteç keşfi ve protein mühendisliği gibi alanlarda yaygın olarak kullanılan bu yöntemlerde, hedef proteinlerin ekspresyon verimi, çözünürlüğü, kararlılığı, saflığı ve biyolojik aktivitesi kritik faktörlerdir. Ancak yeterli miktarda ve saflıkta protein elde etmek genellikle büyük kültür hacimleri, zaman alıcı manuel ekstraksiyon ve saflaştırma adımlarını gerektirir. Bu durum, aynı anda test edilebilecek protein varyantı sayısını ve kullanılabilecek analiz türlerini sınırlar.
Yakın zamanda geliştirilen Vesicle Nucleating peptide (VNp) teknolojisi, bu kısıtları aşan yenilikçi bir çözüm sunmaktadır. Bu yöntem, E. coli hücrelerinden fonksiyonel proteinlerin kültür ortamına yüksek verimli veziküler ihracını teşvik eder. Böylece, proteinler ek saflaştırma adımlarına gerek kalmadan doğrudan multi-well plate formatında enzimatik testlerde kullanılabilecek saflık ve verime ulaşır.
- Mikrobiyoloji
Candida türleri, özellikle bağışıklık sistemi zayıflamış hastalarda en yaygın görülen hastane kaynaklı enfeksiyon etkenlerinden biridir. Mevcut antifungal tedavi seçenekleri sınırlı olup çoğu zaman istenen etkinliği gösterememektedir. Tedaviyi zorlaştıran en önemli faktörlerden biri ise biyofilm oluşumudur. Biyofilmler, hem enfeksiyonun seyrini ağırlaştırmakta hem de ilaç direncini artırarak tedavi başarısını düşürmektedir.
Bu nedenle, özellikle anti-biyofilm aktiviteye sahip yeni terapötik ajanlara yönelik araştırmalar büyük önem taşımaktadır. Yakın zamanda geliştirilen yeni, basit, hızlı, ekonomik ve yüksek tekrarlanabilirliğe sahip 384 kuyucuklu mikroplaka modeli, hem Candida albicans hem de Candida auris biyofilm oluşumunu in vitro ortamda modelleyebilmektedir. Bu sistem, yüksek verimli tarama (HTS) teknikleri ile birleştirilerek geniş bileşik kütüphanelerinin kısa sürede test edilmesine olanak sağlamaktadır.
HTS uyumlu mikroplaka modelleri, mikrobiyoloji alanında ilaç keşfi süreçlerini hızlandırarak, dirençli mantar enfeksiyonlarıyla mücadelede umut verici yeni aday moleküllerin belirlenmesine katkı sunmaktadır.
Kanser biyolojisinden protein–protein etkileşimlerine, mikrobiyolojik çalışmalardan ilaç keşfi araştırmalarına kadar, yüksek verimli taramalarda güvenilir ve tekrarlanabilir sonuçlar elde etmenin en kritik adımlarından biri doğru mikroplaka seçimidir. Greiner Bio-One’ın HTS uyumlu mikroplaka serisi, 96’dan 1.536 kuyucuğa kadar farklı formatlar, çeşitli yüzey kaplamaları ve otomasyon sistemlerine tam uyumlu tasarımlarıyla araştırmalarınıza hız ve güven kazandırır.
Kanser biyolojisinden protein–protein etkileşimlerine, mikrobiyolojik çalışmalardan ilaç keşfi araştırmalarına kadar, yüksek verimli taramalarda güvenilir ve tekrarlanabilir sonuçlar elde etmenin en kritik adımlarından biri doğru mikroplaka seçimidir. Greiner Bio-One’ın HTS uyumlu mikroplaka serisi, 96’dan 1.536 kuyucuğa kadar farklı formatlar, çeşitli yüzey kaplamaları ve otomasyon sistemlerine tam uyumlu tasarımlarıyla araştırmalarınıza hız ve güven kazandırır.
Greiner Bio-One HTS mikroplaka serisi, farklı deney ihtiyaçlarına cevap verecek geniş format seçenekleri sunar: 96 well, 96 well half area, 384 well SV hibase, 384 well SV lobase ve 1536 well lobase formatlarıyla her ölçekte taramaya uyum sağlar. Taban seçenekleri arasında solid bottom, clear bottom, foil bottom ve glass bottom gibi opsiyonlar yer alır.
F-bottom tasarımı, hassas optik kamera ölçümleri için maksimum ışık iletimi sağlar. Kuyu geometrisi ışık demetini saptırmadığı için küresel sapmaların önüne geçer. Bu özellik özellikle hücre kültürü uygulamaları için idealdir.
U-bottom formatı, hücre yapışmasının gerekli olmadığı süspansiyon kültürleri için uygundur. Yıkama işlemlerinde hücre peletlerini kolayca santrifüjle elde etme ve süpernatantı hızlıca geri çekme imkânı sunar. Ayrıca homojen hücre bazlı deneylerde numunenin otomatik merkezlenmesini sağlar.
V-bottom formatı ise çok düşük ölü hacmi sayesinde değerli bileşiklerin kalıntısız pipetlenmesine olanak tanır ve genellikle depolama plakaları için tercih edilir.
HTS plate ürün grupları ile ilgili daha fazla bilgi almak için bizimle iletişime geçin.
Kaynakça:
Baillargeon P, Shumate J, Hou S, et al. Automating a Magnetic 3D Spheroid Model Technology for High-Throughput Screening. SLAS TECHNOLOGY: Translating Life Sciences Innovation. 2019;24(4):420-428. doi:10.1177/2472630319854337
Lee, D. W., Choi, Y.-S., Seo, Y. J., Lee, M.-Y., Jeon, S. Y., Ku, B., Kim, S.-j., Yi, S. H., & Nam, D.-H. (2014). High-throughput screening (HTS) of anticancer drug efficacy on a micropillar/microwell chip platform. Analytical Chemistry, 86(1), 535–542. https://doi.org/10.1021/ac402546b
Baker, K., & Mulvihill, D. P. (2025). A high-throughput multiwell-plate based approach for the combined expression, export and assay of recombinant proteins (Preprint). bioRxiv. https://doi.org/10.1101/2025.07.29.667353
Ajetunmobi, O.H., Wall, G., Bonifacio, B.V., Montelongo-Jauregui, D., Lopez-Ribot, J.L. (2023). A 384-Well Microtiter Plate Model for Candida Biofilm Formation and Its Application to High-Throughput Screening. In: Krysan, D.J., Moye-Rowley, W.S. (eds) Antifungal Drug Resistance. Methods in Molecular Biology, vol 2658. Humana, New York, NY. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-3155-3_5
