Anticancer drug screening from images of zebrafish embryogenesis

During the previous 10 years, global R&D expenditure in the pharmaceuticals and biotechnology sector has steadily increased, without a corresponding increase in output of new medicines. To address this situation, the biopharmaceutical industry's greatest need is to predict the failures at the earliest possible stage of the drug development process. A major key to reducing failures in drug screenings is the development and use of preclinical models that are more predictive of efficacy and safety in clinical trials. Further, relevant animal models are needed to allow a wider testing of novel hypotheses. Key to this is the developing, refining, and validating of complex animal models that directly link therapeutic targets to the phenotype of disease, allowing earlier prediction of human response to medicines and identification of safety biomarkers. Morehover, well-designed animal studies are essential to bridge the gap between test in cell cultures and people. Zebrafish is emerging, complementary to other models, as a powerful system for cancer studies and drugs discovery. We aim to investigate this research area designing a new preclinical cancer model based on the in vivo imaging of zebrafish embryogenesis. Technological advances in imaging have made it feasible to acquire nondestructive in vivo images of fluorescently labeled structures, such as cell nuclei and membranes, throughout early Zebrafishsh embryogenesis. This In vivo image-based investigation provides measurements for a large number of features at cellular level and events including nuclei movements, cells counting, and mitosis detection, thereby enabling the estimation of more significant parameters such as proliferation rate, highly relevant for investigating anticancer drug effects. In this work, we designed a standardized procedure for accessing drug activity at the cellular level in live zebrafish embryos. The procedure includes methodologies and tools that combine imaging and fully automated measurements of embryonic cell proliferation rate. We achieved proliferation rate estimation through the automatic classification and density measurement of epithelial enveloping layer and deep layer cells. Automatic embryonic cells classification provides the bases to measure the variability of relevant parameters, such as cell density, in different classes of cells and is finalized to the estimation of efficacy and selectivity of anticancer drugs. Through these methodologies we were able to evaluate and to measure in vivo the therapeutic potential and overall toxicity of Dbait and Irinotecan anticancer molecules. Results achieved on these anticancer molecules are presented and discussed; furthermore, extensive accuracy measurements are provided to investigate the robustness of the proposed procedure. Altogether, these observations indicate that zebrafish embryo can be a useful and cost-effective alternative to some mammalian models for the preclinical test of anticancer drugs and it might also provides, in the near future, opportunities to accelerate the process of drug discovery.

Dati preliminari dello studio multicentrico caso-controllo "Grave danno epatico acuto indotto da farmaci"

Il danno epatico indotto dall'assunzione di farmaci viene comunemente indicato con il termine inglese DILI (Drug-Induced Liver Injury). Il paracetamolo rappresenta la causa più comune di DILI, seguito da antibiotici, FANS e farmaci antitubercolari. In particolare, i FANS sono una delle classi di farmaci maggiormente impiegate in terapia. Numerosi case report descrivono pazienti che hanno sviluppato danno epatico fatale durante il trattamento con FANS; molti di questi farmaci sono stati ritirati dal commercio in seguito a gravi reazioni avverse a carico del fegato. L'ultimo segnale di epatotossicità indotto da FANS è associato alla nimesulide; in alcuni paesi europei come la Finlandia, la Spagna e l'Irlanda, la nimesulide è stata sospesa dalla commercializzazione perché associata ad un'alta frequenza di epatotossicità. Sulla base dei dati disponibili fino a questo momento, l'Agenzia Europea dei Medicinali (EMA) ha recentemente concluso che i benefici del farmaco superano i rischi; un possibile aumento del rischio di epatotossicità associato a nimesulide rimane tuttavia una discussione aperta di cui ancora molto si dibatte. Tra le altre classi di farmaci che possono causare danno epatico acuto la cui incidenza tuttavia non è sempre ben definita sono gli antibiotici, quali amoxicillina e macrolidi, le statine e gli antidepressivi.Obiettivo dello studio è stato quello di determinare il rischio relativo di danno epatico indotto da farmaci con una prevalenza d'uso nella popolazione italiana maggiore o uguale al 6%. E’ stato disegnato uno studio caso controllo sviluppato intervistando pazienti ricoverati in reparti di diversi ospedali d’Italia. Il nostro studio ha messo in evidenza che il danno epatico da farmaci riguarda numerose classi farmacologiche e che la segnalazione di tali reazioni risulta essere statisticamente significativa per numerosi principi attivi. I dati preliminari hanno mostrato un valore di odds ratio significativo statisticamente per la nimesulide, i FANS, alcuni antibiotici come i macrolidi e il paracetamolo.