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High-Sensitivity Fluorescence/Luminescence Plate Reader system for in vitro screening applications

English title High-Sensitivity Fluorescence/Luminescence Plate Reader system for in vitro screening applications
Applicant Weber Bruno
Number 205623
Funding scheme R'EQUIP
Research institution Institut für Pharmakologie und Toxikologie Universität Zürich
Institution of higher education University of Zurich - ZH
Main discipline Neurophysiology and Brain Research
Start/End 01.12.2021 - 30.11.2022
Approved amount 160'137.00
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All Disciplines (4)

Discipline
Neurophysiology and Brain Research
Biochemistry
Cellular Biology, Cytology
Molecular Biology

Keywords (6)

Preclinical evaluation; Biosensors; Bioluminescence; Drug Screening; Fluorescence; Therapeutics

Lay Summary (German)

Lead
Die moderne Forschung in der Pharmakologie zielt nicht nur auf ein besseres Verständnis der Wirkung bekannter Medikamente, sondern sucht auch nach neuen Wegen zur Behandlung von Krankheiten, für die heute noch keine geeigneten Medikamente zur Verfügung stehen. Eine zentrale Methode hierfür stellt die Charakterisierung mit Fluoreszenz und Lumineszenz in Zellen dar. Das anzuschaffende Gerät bietet hier neue Möglichkeiten, vor allem hinsichtlich optischer Auflösung und Durchsatz.
Lay summary

Inhalt und Ziele
Das Fluoreszenz/Lumineszenz-Plattenlesegerät wird von allen Gruppen des Instituts für die Charakterisierung von Fluoreszenz und Lumineszenz in Zellen mit hohem Durchsatz benötigt (High-Throuh­put Screening; HTS). HTS Methoden sind für die Forschung in der Pharmakologie und Biotechnologie sehr wichtig geworden. Die üblichen Plattenlesegeräte sind aber in Bezug auf Sensitivität und optischer und zeitlicher Auflösung unzureichend. Folgende Projekte des Instituts sind in den ersten Jahren geplant: 1. Entwicklung von genetisch-kodierten Sensoren für Neurotransmitter. 2. Screening für die Entwicklung von Sensoren, um Moleküle zu identifizieren, welche die Interaktion zwischen Zytochrom P450 und mikrosomalen Epoxid Hydrolasen beeinflussen. 3. Kalibration von Fluoreszenz-Sensoren für Energiemetaboliten unter kontrollierten Bedingungen. 4. Screening von Fibroblasten und Stammzellen von Personen mit Risikofaktoren für Störungen des zirkadianen Rhythmus oder für neurodegenerative Erkrankungen. 5. Screening für Substanzen, welche spezifische Moleküle an Synapsen beeinflussen. 6) Screening von chemischen und CRISPR/Cas9 Bibliotheken, Erstellen von Nukleinsäure-basierten Substanz-Bibliotheken; Screening von Peptid/Protein-basierten Medikamenten.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext
Die geplanten Projekte befassen sich mit vor allem mit der Erforschung pharmakologischer Grundlagen. Diese Grundlagen werden benötigt für die Entwicklung neuer Medikamente in allen Organsystemen.  

Direct link to Lay Summary Last update: 09.12.2021

Responsible applicant and co-applicants

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
182703 Brain pericytes - Understanding basic physiology of intra- and intercellular signaling. 01.11.2018 Project funding

Abstract

Modern research applications in both pharmacology and biotechnology strongly rely on high-throughput screening (HTS) methods. Common plate reader systems, such as the two currently available at our Institute, measure well-based optical signals and are not sensitive enough for detecting signals that originate from small sub-cellular compartments. They also do not provide the temporal resolution required for kinetic analyses, which are critical for the development of sensors for application in neuroscience or physiology. We therefore request an HTS platform for the high-sensitivity detection of fluorescence/luminescence events in cellular assays. The anticipated platform would consist of the Functional Drug Screening System (such as C13299 from Hamamatsu), which is a cost-effective simple-to-use state-of-the-art system. This system is equipped with an ultra-sensitive camera for 2-dimensional imaging and allows to capture small localized optical events with a temporal resolution of 5 ms. The main projects that will greatly benefit from the requested equipment will be carried out by six different groups at our Institute, and involve the following: 1) directed evolution of novel GPCR-based neurotransmitter sensors, as well as to screen drugs based on newly developed sensors (Patriarchi); 2) screen compounds for their ability to alter cytochromes P450 (CYP) and microsomal epoxide hydrolase interactions using FRET sensors (Arand); 3) calibration the response of libraries of fluorescent sensors for metabolites in living cells under precisely controlled conditions, currently an extremely time consuming and error prone endeavor (Weber); 4) screening of large libraries of fibroblasts and induced primordial stem cells (iPSCs) from more than 800 at-risk individuals for circadian and neurodegenerative phenotypes (Brown); 5) screening for drugs affecting the gephyrin scaffold of GABAergic synapses visualized with conformation specific antibodies, and for the screening libraries of nanobody-based sensors for GABA-A receptors (Tyagarajan); 6) screening of large chemical libraries and CRISPR/Cas9 knock-out libraries in vitro cellular assays (2D cell lines, 3D organoids); generation of nucleic acid-based drug libraries; directed evolution of peptide/protein-based drugs (Schwank).
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