Novel tools in drug discovery : optimising the use of zebrafish for assessing drug safety and antitumoral efficacy

Abstract

High drug attrition rate during clinical and post market phases is one of the major factors contributing to the pharmaceutical industry productivity crisis. This problem is especially worrisome in the cancer field, where it is two to four times higher than in other health sectors. Most of the drugs are discarded due to safety (mainly cardio-, neuro-, and hepato-toxicities) and efficacy issues, which reflect the limitations of current preclinical models in anticipating such drawbacks. In this context, new models are needed in order to tackle these problems and to accomplish with the new demands (higher throughput and predictivity) of the modern research and development (R&D) processes. Zebrafish is a vertebrate with elevated homology to humans and unique biological properties, which make it suitable for high throughput studies. The final objective of my thesis is to improve the use of this animal model in an attempt to ameliorate the overall R&D process efficiency and thus, ease the productivity crisis. First, a semi-high throughput methodology has been generated for the assessment of cardio-, neuro- and hepato-toxicities in the same animal, thus, impacting the 3Rs principle. Second, xenografts of human cancer cells into zebrafish larvae for the study of anti-tumour drug efficacy have been standardised, validated and automated. Results obtained help to consolidate and validate the use of the zebrafish in the R&D process of new drugs, as a bridge between in vitro models and in vivo mammalian models.

La alta tasa de deserción de medicamentos durante fases clínicas y posteriores a la comercialización es uno de los factores principales que contribuyen a la crisis de productividad que afecta a la industria farmacéutica hoy en día. Este problema es especialmente preocupante en el sector del cáncer, donde es de dos a cuatro veces mayor que en otros sectores de la salud. La mayoría de estos medicamentos son descartados debido a problemas de seguridad (principalmente cardio, neuro, y hepatotoxicidad) y de eficacia, lo que reflejan las limitaciones de los modelos preclínicos actuales para anticipar tales inconvenientes. En este contexto, se necesitan nuevos modelos para abordar este problema y cumplir con las nuevas demandas (mayor rendimiento y predictividad) de los procesos de investigación y desarrollo (I+D). El pez cebra es un vertebrado con alta homología con los humanos y propiedades biológicas únicas, que lo hacen adecuado para estudios de alto rendimiento. El objetivo final de mi tesis es mejorar el uso de este modelo animal en un intento de mejorar la eficiencia general del proceso de I+D y, así, aliviar la crisis de productividad. Primero, se ha generado una metodología de rendimiento medio para la evaluación in vivo de las toxicidades cardíaca, neuronal, y hepática en un mismo animal, en línea con en el principio de las 3Rs. En segundo lugar, se ha estandardizado, validado y automatizado, el xenotrasplante de células tumorales humanas en larvas de pez cebra para el estudio de la eficacia de fármacos antitumorales. Los resultados obtenidos ayudan a consolidar y validar el uso del pez cebra en el proceso de I+D de nuevos fármacos, como puente entre los modelos in vitro y los modelos in vivo de mamíferos.