उच्च-सामग्री स्क्रीनिंग

उच्च-सामग्री स्क्रीनिंग (एचसीएस), जिसे उच्च-सामग्री विश्लेषण (एचसीए) या सेलोमिक्स के रूप में भी जाना जाता है, एक ऐसी विधि है जिसका उपयोग जैविक अनुसंधान और दवा खोज में छोटे अणुओं, पेप्टाइड्स या आरएनएआई जैसे पदार्थों की पहचान करने के लिए किया जाता है जो फेनोटाइप को बदलते हैं। एक कोशिका (जीवविज्ञान) वांछित तरीके से। इसलिए उच्च सामग्री स्क्रीनिंग एक प्रकार की फेनोटाइपिक स्क्रीन है जो कोशिकाओं में आयोजित की जाती है जिसमें कई मापदंडों के एक साथ रीडआउट के साथ संपूर्ण कोशिकाओं या कोशिकाओं के घटकों का विश्लेषण शामिल होता है। एचसीएस उच्च परिणाम स्क्रीनिंग (एचटीएस) से संबंधित है, जिसमें एक या अधिक जैविक परख में उनकी गतिविधि के लिए हजारों यौगिकों का समानांतर में परीक्षण किया जाता है, लेकिन आउटपुट के रूप में अधिक जटिल सेलुलर फेनोटाइप की परख शामिल होती है। रेफरी नाम=वर्मा2011 > फेनोटाइपिक परिवर्तनों में प्रोटीन जैसे सेलुलर उत्पादों के उत्पादन में वृद्धि या कमी और/या कोशिका की आकृति विज्ञान (जीव विज्ञान) (दृश्य उपस्थिति) में परिवर्तन शामिल हो सकते हैं। इसलिए एचसीए में आमतौर पर स्वचालित माइक्रोस्कोपी और छवि विश्लेषण शामिल होता है। उच्च-सामग्री विश्लेषण के विपरीत, उच्च-सामग्री स्क्रीनिंग का तात्पर्य थ्रूपुट के स्तर से है, यही कारण है कि स्क्रीनिंग शब्द एचसीएस को एचसीए से अलग करता है, जो सामग्री में उच्च लेकिन थ्रूपुट में कम हो सकता है।

उच्च सामग्री स्क्रीनिंग में, कोशिकाओं को पहले पदार्थ के साथ ऊष्मायन अवधि में रखा जाता है और समय की अवधि के बाद, कोशिकाओं की संरचनाओं और आणविक घटकों का विश्लेषण किया जाता है। सबसे आम विश्लेषण में फ्लोरोसेंट टैग के साथ प्रोटीन को लेबल करना शामिल है, और अंत में स्वचालित छवि विश्लेषण का उपयोग करके सेल फेनोटाइप में परिवर्तन को मापा जाता है। विभिन्न अवशोषण और उत्सर्जन मैक्सिमा के साथ फ्लोरोसेंट टैग के उपयोग के माध्यम से, समानांतर में कई अलग-अलग सेल घटकों को मापना संभव है। इसके अलावा, इमेजिंग उपकोशिकीय स्तर पर परिवर्तनों का पता लगाने में सक्षम है (उदाहरण के लिए, कोशिका द्रव्य  बनाम  कोशिका केंद्रक  बनाम अन्य अंगक)। इसलिए, प्रति सेल बड़ी संख्या में डेटा पॉइंट एकत्र किए जा सकते हैं। फ्लोरोसेंट लेबलिंग के अलावा, उच्च सामग्री स्क्रीनिंग में विभिन्न लेबल मुक्त परख का उपयोग किया गया है।

सामान्य सिद्धांत
कोशिका-आधारित प्रणालियों में उच्च-सामग्री स्क्रीनिंग (एचसीएस) सामान्य और रोगग्रस्त कोशिकाओं के कामकाज को स्पष्ट करने के लिए जैविक अनुसंधान में उपकरण के रूप में जीवित कोशिका (जीव विज्ञान) का उपयोग करती है। एचसीएस का उपयोग नई दवा उम्मीदवारों की खोज और अनुकूलन के लिए भी किया जाता है। उच्च सामग्री स्क्रीनिंग आधुनिक कोशिका जीव विज्ञान का एक संयोजन है, जिसमें इसके सभी आणविक उपकरण, स्वचालित उच्च रिज़ॉल्यूशन माइक्रोस्कोपी और रोबोटिक हैंडलिंग शामिल हैं। कोशिकाएं सबसे पहले रसायनों या आरएनएआई अभिकर्मकों के संपर्क में आती हैं। फिर छवि विश्लेषण का उपयोग करके कोशिका आकृति विज्ञान में परिवर्तन का पता लगाया जाता है। कोशिकाओं द्वारा संश्लेषित प्रोटीन की मात्रा में परिवर्तन को विभिन्न तकनीकों का उपयोग करके मापा जाता है जैसे कि हरी फ्लोरोसेंट प्रोटीन अंतर्जात प्रोटीन से जुड़े होते हैं, या इम्यूनोफ्लोरेसेंस द्वारा।

प्रौद्योगिकी का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है कि कोई संभावित दवा रोग को संशोधित करने वाली है या नहीं। उदाहरण के लिए, मनुष्यों में जी-प्रोटीन युग्मित रिसेप्टर्स (जीपीसीआर) लगभग 880 कोशिका सतह प्रोटीन का एक बड़ा परिवार है जो पर्यावरण में कोशिका प्रतिक्रिया में अतिरिक्त-सेलुलर परिवर्तनों को स्थानांतरित करता है, जैसे कि रिलीज के कारण रक्तचाप में वृद्धि को ट्रिगर करना। रक्त प्रवाह में नियामक हार्मोन. इन जीपीसीआर के सक्रियण में कोशिकाओं में उनका प्रवेश शामिल हो सकता है और जब इसकी कल्पना की जा सकती है तो यह रसायनविज्ञान, व्यवस्थित जीनोम वाइड स्क्रीनिंग या शारीरिक हेरफेर के माध्यम से रिसेप्टर फ़ंक्शन के व्यवस्थित विश्लेषण का आधार हो सकता है।

सेलुलर स्तर पर, विभिन्न सेल गुणों पर डेटा का समानांतर अधिग्रहण, उदाहरण के लिए संकेत पारगमन  कैस्केड और  cytoskeleton  अखंडता की गतिविधि, तेज लेकिन कम विस्तृत उच्च परिणाम स्क्रीनिंग की तुलना में इस पद्धति का मुख्य लाभ है। जबकि एचसीएस धीमा है, अधिग्रहीत डेटा की प्रचुरता दवा के प्रभावों की अधिक गहन समझ की अनुमति देती है।

स्वचालित छवि आधारित स्क्रीनिंग सेलुलर समलक्षणियों को बदलने वाले छोटे यौगिकों की पहचान की अनुमति देती है और सेल फ़ंक्शन को संशोधित करने के लिए नई दवाइयों  और नए सेल जैविक उपकरणों की खोज के लिए रुचि रखती है। सेलुलर फेनोटाइप के आधार पर अणुओं के चयन के लिए यौगिकों से प्रभावित होने वाले जैव रासायनिक लक्ष्यों के पूर्व ज्ञान की आवश्यकता नहीं होती है। हालाँकि जैविक लक्ष्य की पहचान बाद के प्रीक्लिनिकल अनुकूलन और यौगिक हिट के नैदानिक ​​विकास को काफी आसान बना देगी। कोशिका जैविक उपकरण के रूप में फेनोटाइपिक/दृश्य स्क्रीनिंग के उपयोग में वृद्धि को देखते हुए, ऐसे तरीकों की आवश्यकता होती है जो व्यवस्थित जैव रासायनिक लक्ष्य पहचान की अनुमति देते हैं यदि इन अणुओं का व्यापक उपयोग हो। लक्ष्य पहचान को रासायनिक आनुवंशिकी/उच्च-सामग्री स्क्रीनिंग में दर सीमित करने वाले कदम के रूप में परिभाषित किया गया है।

इंस्ट्रुमेंटेशन
उच्च-सामग्री स्क्रीनिंग तकनीक मुख्य रूप से डेटा के विश्लेषण और भंडारण के लिए आईटी-सिस्टम के संयोजन में स्वचालित डिजिटल माइक्रोस्कोपी और फ़्लो साइटॉमेट्री  पर आधारित है। "उच्च-सामग्री" या दृश्य जीवविज्ञान प्रौद्योगिकी के दो उद्देश्य हैं, पहला किसी घटना पर स्थानिक या अस्थायी रूप से हल की गई जानकारी प्राप्त करना और दूसरा स्वचालित रूप से इसकी मात्रा निर्धारित करना। स्थानिक रूप से हल किए गए उपकरण आमतौर पर स्वचालित सूक्ष्मदर्शी होते हैं, और अस्थायी समाधान के लिए अभी भी ज्यादातर मामलों में कुछ प्रकार के प्रतिदीप्ति माप की आवश्यकता होती है। इसका मतलब यह है कि बहुत सारे एचसीएस उपकरण (प्रतिदीप्ति) माइक्रोस्कोप हैं जो किसी न किसी रूप में छवि विश्लेषण पैकेज से जुड़े होते हैं। ये कोशिकाओं की रोशनी छवियां लेने के सभी चरणों का ध्यान रखते हैं और प्रयोगों का त्वरित, स्वचालित और निष्पक्ष मूल्यांकन प्रदान करते हैं।

आज बाजार में एचसीएस उपकरणों को विशिष्टताओं की एक श्रृंखला के आधार पर अलग किया जा सकता है जो उपकरणों की बहुमुखी प्रतिभा और समग्र लागत को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करते हैं। इनमें गति, एक जीवित कोशिका कक्ष जिसमें तापमान और शामिल है नियंत्रण (कुछ में लंबे समय तक लाइव सेल इमेजिंग के लिए आर्द्रता नियंत्रण भी होता है), तेज गतिज परख के लिए एक अंतर्निहित पिपेटर या इंजेक्टर, और अतिरिक्त इमेजिंग मोड जैसे  कोंफोकल, उज्ज्वल क्षेत्र, चरण कंट्रास्ट और एफआरईटी। सबसे गंभीर अंतरों में से एक यह है कि उपकरण ऑप्टिकल कन्फोकल हैं या नहीं।  संनाभि माइक्रोस्कोपी  का सारांश किसी वस्तु के माध्यम से एक पतली स्लाइस की इमेजिंग/समाधान करना और इस स्लाइस के बाहर से आने वाले फोकस प्रकाश को अस्वीकार करना है। कन्फ़ोकल इमेजिंग अधिक सामान्य रूप से लागू प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी की तुलना में शोर और उच्च रिज़ॉल्यूशन के लिए उच्च छवि संकेत सक्षम करती है। उपकरण के आधार पर कन्फोकैलिटी लेजर स्कैनिंग, पिनहोल या स्लिट के साथ एक एकल कताई डिस्क, एक दोहरी कताई डिस्क, या एक वर्चुअल स्लिट के माध्यम से प्राप्त की जाती है। इन विभिन्न कन्फोकल तकनीकों के बीच संवेदनशीलता, रिज़ॉल्यूशन, गति, फोटो-टॉक्सिसिटी, फोटो-ब्लीचिंग, उपकरण जटिलता और कीमत का व्यापार होता है।

सभी उपकरण छवियों को स्वचालित रूप से लेने, संग्रहीत करने और व्याख्या करने और बड़े रोबोटिक सेल/मध्यम हैंडलिंग प्लेटफार्मों में एकीकृत करने की क्षमता साझा करते हैं।

सॉफ़्टवेयर
उपकरण के साथ लगे छवि विश्लेषण सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके कई स्क्रीनों का विश्लेषण किया जाता है, जो टर्नकी समाधान प्रदान करता है। तृतीय-पक्ष सॉफ़्टवेयर विकल्पों का उपयोग अक्सर विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण स्क्रीन के लिए किया जाता है या जहां एक प्रयोगशाला या सुविधा में कई उपकरण होते हैं और एक एकल विश्लेषण प्लेटफ़ॉर्म पर मानकीकरण करना चाहते हैं। हालाँकि, कुछ उपकरण सॉफ़्टवेयर छवियों और डेटा का थोक आयात और निर्यात प्रदान करते हैं, उन उपयोगकर्ताओं के लिए जो तृतीय-पक्ष सॉफ़्टवेयर के उपयोग के बिना एकल विश्लेषण प्लेटफ़ॉर्म पर ऐसा मानकीकरण करना चाहते हैं।

अनुप्रयोग
यह तकनीक (बहुत) बड़ी संख्या में प्रयोग करने की अनुमति देती है, जिससे खोजपूर्ण स्क्रीनिंग की अनुमति मिलती है। सेल-आधारित सिस्टम का उपयोग मुख्य रूप से रासायनिक आनुवंशिकी में किया जाता है जहां बड़े, विविध छोटे अणु संग्रह को सेलुलर मॉडल सिस्टम पर उनके प्रभाव के लिए व्यवस्थित रूप से परीक्षण किया जाता है। हजारों अणुओं की स्क्रीन का उपयोग करके नवीन दवाएं पाई जा सकती हैं, और इनमें दवा विकास के भविष्य की संभावनाएं हैं। दवा की खोज से परे, रासायनिक आनुवंशिकी का उद्देश्य छोटे अणुओं की पहचान करके जीनोम को क्रियाशील बनाना है जो एक कोशिका में 21,000 जीन उत्पादों में से अधिकांश पर कार्य करता है। उच्च-सामग्री प्रौद्योगिकी इस प्रयास का हिस्सा होगी जो यह सीखने के लिए उपयोगी उपकरण प्रदान कर सकती है कि प्रोटीन कहाँ और कब रासायनिक रूप से नष्ट करके कार्य करते हैं। यह जीन के लिए सबसे उपयोगी होगा जहां नॉक आउट चूहों (एक या कई जीन गायब) का निर्माण नहीं किया जा सकता है क्योंकि विकास, विकास या अन्यथा घातक होने के लिए प्रोटीन की आवश्यकता होती है। केमिकल नॉक आउट यह पता लगा सकता है कि ये जीन कैसे और कहाँ काम करते हैं। इसके अलावा प्रौद्योगिकी का उपयोग आरएनएआई के साथ संयोजन में विशिष्ट तंत्रों में शामिल जीन के सेट की पहचान करने के लिए किया जाता है, उदाहरण के लिए कोशिका विभाजन। यहां, लक्ष्य जीव के जीनोम के अंदर पूर्वानुमानित जीनों के एक पूरे सेट को कवर करने वाले आरएनएआई के पुस्तकालयों का उपयोग प्रासंगिक उपसमूहों की पहचान करने के लिए किया जा सकता है, जिससे जीन की एनोटेशन की सुविधा मिलती है जिसके लिए पहले से कोई स्पष्ट भूमिका स्थापित नहीं की गई है। स्वचालित कोशिका जीव विज्ञान द्वारा उत्पादित बड़े डेटासेट में स्थानिक रूप से हल किया गया, मात्रात्मक डेटा होता है जिसका उपयोग सिस्टम स्तर के मॉडल और कोशिकाओं और जीवों के कार्य करने के सिमुलेशन के निर्माण के लिए किया जा सकता है। सेल फ़ंक्शन के सिस्टम बायोलॉजी मॉडल यह भविष्यवाणी करने की अनुमति देंगे कि सेल बाहरी परिवर्तनों, विकास और बीमारी पर क्यों, कहां और कैसे प्रतिक्रिया करता है।

इतिहास
उच्च-सामग्री स्क्रीनिंग तकनीक अक्षुण्ण जैविक प्रणालियों में कई जैव रासायनिक और रूपात्मक मापदंडों के मूल्यांकन की अनुमति देती है।

कोशिका-आधारित दृष्टिकोणों के लिए स्वचालित कोशिका जीव विज्ञान की उपयोगिता के लिए इस बात की जांच की आवश्यकता होती है कि स्वचालन और वस्तुनिष्ठ माप कैसे प्रयोग और रोग की समझ को बेहतर बना सकते हैं। सबसे पहले, यह कोशिका जीव विज्ञान अनुसंधान के अधिकांश, लेकिन सभी नहीं, पहलुओं में अन्वेषक के प्रभाव को हटा देता है और दूसरा, यह पूरी तरह से नए दृष्टिकोण को संभव बनाता है।

समीक्षा में, शास्त्रीय 20वीं सदी के कोशिका जीव विज्ञान ने संस्कृति में विकसित कोशिका रेखाओं का उपयोग किया जहां प्रयोगों को यहां वर्णित के समान ही मापा गया था, लेकिन वहां अन्वेषक ने इस पर चुनाव किया कि क्या मापा जाए और कैसे मापा जाए। 1990 के दशक की शुरुआत में, अनुसंधान के लिए चार्ज-युग्मित डिवाइस कैमरे (चार्ज युग्मित डिवाइस कैमरे) के विकास ने कोशिकाओं के चित्रों में विशेषताओं को मापने का अवसर पैदा किया- जैसे कि नाभिक में कितना प्रोटीन है, कितना बाहर है। जल्द ही नए फ्लोरोसेंट अणुओं का उपयोग करके परिष्कृत माप किए गए, जिनका उपयोग दूसरा संदेशवाहक सांद्रता या आंतरिक सेल डिब्बों के पीएच जैसे सेल गुणों को मापने के लिए किया जाता है। हरे फ्लोरोसेंट प्रोटीन, जेलीफ़िश के एक प्राकृतिक फ्लोरोसेंट प्रोटीन अणु के व्यापक उपयोग ने कोशिका जीव विज्ञान में मुख्यधारा की तकनीक के रूप में सेल इमेजिंग की ओर रुझान को तेज कर दिया। इन प्रगतियों के बावजूद, किस सेल की छवि बनानी है और कौन सा डेटा प्रस्तुत करना है और इसका विश्लेषण कैसे करना है, इसका चयन अभी भी अन्वेषक द्वारा किया गया था।

सादृश्य से, यदि कोई एक फुटबॉल मैदान और उसके पार रखी खाने की प्लेटों की कल्पना करता है, तो उन सभी को देखने के बजाय, अन्वेषक स्कोर रेखा के पास एक मुट्ठी भर प्लेटें चुन लेगा और बाकी को छोड़ना होगा। इस सादृश्य में क्षेत्र एक टिशू कल्चर डिश है, जिस पर प्लेटें कोशिकाएं बढ़ती हैं। जबकि यह एक उचित और व्यावहारिक दृष्टिकोण था, पूरी प्रक्रिया का स्वचालन और विश्लेषण जीवित कोशिकाओं की पूरी आबादी का विश्लेषण संभव बनाता है, इसलिए पूरे फुटबॉल मैदान को मापा जा सकता है।

यह भी देखें

 * दवाओं की खोज
 * उच्च परिणाम स्क्रीनिंग
 * दवा की खोज ने नेतृत्व को प्रभावित किया
 * माइक्रोस्कोपी
 * फ़्लो साइटॉमेट्री
 * लाइव एकल-कोशिका इमेजिंग

बाहरी संबंध

 * Guidelines for Image-Based High Content Screening - NCBI
 * The Society of Biomolecular Imaging and Informatics