高通量藥物篩選技術(shù)

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1、高通量藥物篩選技術(shù)是20世紀80年代后期形成的尋找新藥的高新技術(shù)。經(jīng)過十余年的實踐,該技術(shù)體系不斷發(fā)展和完善,成為目前尋找新藥的重要手段。高通量藥物篩選采用的篩選方法一般是以藥物作用靶點為主要對象的細胞和分子水平的篩選模型,根據(jù)樣品與靶點結(jié)合的表現(xiàn),判斷化合物的生物活性。由于這些篩選方法是在微量條件下進行,同時采用自動化操作系統(tǒng),可以實現(xiàn)大規(guī)模的篩選,因而稱為高通量藥物篩選。同一化合物不同模型篩選的活性數(shù)據(jù)以及由同一模型不同化合物的活性數(shù)據(jù)歸納出的結(jié)構(gòu)活性關(guān)系可以為藥物的發(fā)現(xiàn)提供極有價值的信息。在高通量藥

2、物篩選中,通過活性數(shù)據(jù)處理過程確定化合物的藥物活性,并為基于信息的藥物發(fā)現(xiàn)過程準備準確、豐富的資料。1高通量藥物篩選的基本條件1.1化合物樣品庫高通量篩選是一種利用已有的化合物進行的體外隨機篩選，因此通過高通量藥物篩選發(fā)現(xiàn)先導化合物(leadingcompounds)的有效性取決于化合物樣品庫中化合物的數(shù)量及其質(zhì)量?；衔飿悠返臄?shù)量是指不同樣品的數(shù)量，化合物樣品的質(zhì)量主要由化合物結(jié)構(gòu)的多樣性決定。許多活性反應基團(ractivegroups)使初篩的假陽性大量增加,剔除這些化合物可以提高化合物樣品庫的質(zhì)量

3、?；衔飿悠分饕腥斯ず铣珊蛷奶烊划a(chǎn)物中分離純化兩個來源。人工合成又可分為常規(guī)化學合成和組合化學合成兩種方法。1.2高通量藥物篩選的自動操作系統(tǒng)自動化操作系統(tǒng)就是實驗室自動化站,其基本功能就是自動連續(xù)地完成實驗的基本操作,即①加樣；②稀釋；③轉(zhuǎn)移；④混合,其方式包括震蕩,也可以用加樣器反復吹洗混合；⑤洗板,就是用適當?shù)娜軇┣逑次?；⑥溫孵；⑦檢測,反應體系與一種或多種檢測儀器相連,在反應完成后進行自動檢測并自動采集儲存數(shù)據(jù),完成整個實驗過程。1.3高通量藥物篩選的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)高通量藥物篩選的特點是對數(shù)以

4、萬計的化合物樣品進行多模型的篩選與高通量藥物篩選相適應的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要承擔4個方面的功能。樣品庫的管理功能:化合物樣品庫對進行高通量藥物篩選的化合物樣品的各種理化性質(zhì)進行存儲管理"對每一個新入庫的化合物進行新穎性分析排除結(jié)構(gòu)雷同的化合物,避免不必要的篩選"由于高度反應性基團增加了假陽性出現(xiàn)的幾率,樣品庫對新入庫的化合物進行反應基團檢測以去除這類化合物"。生物活性信息的管理功能:生物活性庫存貯每一化合物經(jīng)過不同模型檢測后的結(jié)果,并根據(jù)多個模型的檢測結(jié)果對化合物的生物活性進行綜合評價。對高通量藥物篩選的服

5、務功能:高通量藥物篩選的工作量大,自動化程度高,也涉及到許多繁瑣的工作。高通量藥物篩選數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對與藥物篩選相關(guān)的業(yè)務往來通訊、檔案管理以及各種樣品標簽的打印進行管理,使高通量藥物篩選的各個環(huán)節(jié)程序化、標準化。藥物設(shè)計與藥物發(fā)現(xiàn)功能:高通量藥物篩選產(chǎn)生大量的化合物結(jié)構(gòu)信息,隨著篩選的進行,生物活性信息也將大幅度提高。高通量藥物篩選數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)通過對同一模型不同的呈現(xiàn)陽性反應的化合物結(jié)構(gòu)進行分析,找出其構(gòu)效關(guān)系,從而為藥物設(shè)計提供參考。2高通量藥物篩選的基本過程根據(jù)以上分析,高通量藥物篩選結(jié)果雖然多數(shù)

6、情況下能夠提供樣品化合物作用機制的信息,但并不能完全證明它對某種疾病具有防治作用。因此,采用了高通量藥物篩選方法來發(fā)現(xiàn)藥物,一般采取以下幾個步驟:2.1初篩和復篩藥物的初篩和復篩就是在分子、細胞水平上篩選樣品,證明某一樣品對該靶點具有藥理活性(或親和力)。初篩以后,選擇具有活性的化合物,采用系列濃度,進行同一模型的復篩,闡明其對該靶點的作用特點、作用強度和量效關(guān)系,由此發(fā)現(xiàn)活性化合物(樣品)。2.2深入篩選深入篩選是在初篩和復篩的基礎(chǔ)上,將得到的活性化合物在與初篩不同但相關(guān)的分子、細胞模型作進一步的篩選。

7、其篩選內(nèi)容包括:活性化合物的選擇性、細胞毒性以及其它性質(zhì)。經(jīng)過深入篩選,可為比較全面地評價活性化合物的藥用價值提供更充分的實驗資料。根據(jù)這些資料,并結(jié)合活性化合物的化學結(jié)構(gòu)特點,進行綜合分析,確定在結(jié)構(gòu)和作用方面具有新穎性和開發(fā)價值的化合物(樣品)作為先導化合物(LeadCompound)。同時,也可以結(jié)合組織器官或整體動物模型,證明其藥理作用,為活性化合物提供更加充分的實驗依據(jù)。獲得先導化合物以后,根據(jù)實際情況進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化(根據(jù)資料也可以直接作為藥物候選化合物進行開發(fā)),即進行化合物結(jié)構(gòu)的改造,以便得到

8、活性更高、缺點更少的活性物質(zhì)。普通的結(jié)構(gòu)優(yōu)化手段是經(jīng)過分子設(shè)計進行多種衍生物的合成。近年發(fā)展起來的組合化學技術(shù)為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了強有力的手段。結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的化合物需要重復篩選過程,以得到高效的新化合物。2.3確證篩選確證篩選(confirmatoryscreening)是對深入篩選獲得的先導化合物或優(yōu)化后的被選定的活性最好的化合物進行更深入廣泛的研究。其內(nèi)容包括藥理作用、藥物代謝過程、一般毒性等多方面的篩選,以確定其開發(fā)前景。對符