Development of an automated neuronal analysis platform | Desenvolvimento de uma plataforma de análise neuronal automatizada

Glutamate excitotoxicity leads to neuronal cell death and plays an important role in the pathogenesis of several conditions, such as stroke, Huntington’s disease, amyotrophic lateral sclerosis among others. Stroke is the second leading cause of mortality and the third leading cause of disability worldwide. The existing treatments have a narrow time-window for administration and are of limited efficacy. Since glutamate excitotoxicity underlies the ischemic stroke injury cascade, a neuroprotective drug that decreases excitotoxicity could contribute significantly to the treatment of this disease. However, developing a new drug is a slow and expensive process, so drug repurposing is a growing strategy to find new drugs and develop new treatments. Since repurposed drugs are already in a final phase of clinical or in the market, the process is less complex. However, identifying new roles for exiting drugs is not a simple process, since the number of available molecules is extremely high. So, in order to test a high quantity of drugs quickly, high-throughput screening is a good solution. It allows to reduce the number of possible drugs and focus on the ones that show a significant effect. Therefore, we developed a high-throughput screening to identify a potential neuroprotective drug against glutamate-induced excitotoxicity and identified 23 compounds with potential neuroprotective effect. These compounds were subsequently analyzed for a previously described effect in excitotoxicity/ischemia/stroke. Our results show that 16 compounds have a described protective effect in excitotoxicity/ischemia/stroke, which validates the pipeline developed in this study. Additionally, the high-throughput screen developed under the scope of this project identified 7 new drugs that have not been studied in this context. These molecules showed a neuroprotective effect against glutamateinduced excitotoxicity and a secondary screen validated the initial neuroprotective effects. Taken together the results identified 7 FDA-approved compounds that may potentially be used to treat ischemic stroke. These drugs can potentially be used in the future as a therapeutic strategy in stroke therapies.

A excitotoxicidade do glutamato leva à morte de células neuronais e desempenha um papel importante na patogénese de várias doenças, como o acidente vascular cerebral (AVC), a doença de Huntington, a esclerose lateral amiotrófica, entre outras. O AVC é a segunda principal causa de mortalidade e a terceira principal causa de incapacidade a nível mundial. Os tratamentos existentes têm uma janela de tempo estreita para administração e são de eficácia limitada. Uma vez que a excitotoxicidade do glutamato está na base da cascata de lesões do AVC isquémico, um fármaco neuroprotetor que diminua a excitotoxicidade poderia contribuir significativamente para o tratamento desta doença. No entanto, o desenvolvimento de um novo fármaco é um processo lento e dispendioso, pelo que o reposicionamento de fármacos é uma estratégia crescente para encontrar novos fármacos e desenvolver novos tratamentos. Uma vez que os medicamentos reposicionados já se encontram numa fase final de tratamento clínico ou no mercado, o processo é menos complexo. No entanto, identificar novas funções para os medicamentos existentes não é um processo simples, uma vez que o número de moléculas disponíveis é extremamente elevado. Assim, para testar rapidamente uma grande quantidade de medicamentos, o highthroughput screening é a uma boa estratégia. Permite reduzir o número de fármacos possíveis e focar nos que mostram um efeito significativo. Assim, desenvolvemos um high-throughput screeníng para identificar potenciais fármacos neuroprotetores contra a excitotoxicidade induzida pelo glutamato e identificámos 23 compostos com potencial efeito neuroprotetor. Estes compostos foram subsequentemente analisados para um efeito previamente descrito na excitotoxicidade / isquémia/AVC. Os nossos resultados mostram que 16 compostos têm um efeito protetor descrito na excitotoxicidade / isquémia/AVC, o que valida a pipeline desenvolvida neste estudo. Adicionalmente, o high-throughput screen desenvolvido no âmbito deste projeto identificou 7 novos fármacos que ainda não tinham sido estudados neste contexto. Estas moléculas mostraram um efeito neuroprotetor contra a excitotoxicidade induzida pelo glutamato e um secondary screen validou os efeitos neuroprotetores iniciais. No seu conjunto, os resultados identificaram 7 compostos aprovados pela FDA que podem ser potencialmente utilizados no tratamento do AVC isquémico. Estes fármacos podem potencialmente ser utilizados no futuro como estratégia terapêutica no tratamento do AVC.

Mestrado em Engenharia Biomédica