高通量藥物篩選研究進(jìn)展

高通量篩選研究進(jìn)展高通量藥物篩選高通量藥物篩選現(xiàn)狀高通量藥物篩選存在的問題新技術(shù)新方法藥物靶點(diǎn)研究從基因到藥物展望當(dāng)前1頁(yè)，總共45頁(yè)。1Prof.DuGuanhua藥物研究的基本過程藥物發(fā)現(xiàn)起始階段，尋找探索臨床前研究制劑、藥效、毒理

程序化研究臨床研究臨床資料臨床應(yīng)用應(yīng)用資料積累當(dāng)前2頁(yè)，總共45頁(yè)。2Prof.DuGuanhua高通量篩選與藥物發(fā)現(xiàn)藥物發(fā)現(xiàn)是藥物研究的起始藥物篩選是實(shí)現(xiàn)藥物發(fā)現(xiàn)的重要手段高通量藥物篩選是藥物發(fā)現(xiàn)的早期階段符合藥物發(fā)現(xiàn)的規(guī)律是藥物發(fā)現(xiàn)重要途徑當(dāng)前3頁(yè)，總共45頁(yè)。3Prof.DuGuanhua新藥的類型和發(fā)現(xiàn)的特點(diǎn)類型創(chuàng)新特點(diǎn)發(fā)現(xiàn)途徑創(chuàng)新產(chǎn)品新型制劑劑型研究復(fù)方配伍理論研究新適應(yīng)癥藥物篩選部分創(chuàng)新藥物優(yōu)化結(jié)構(gòu)提高療效定向篩選機(jī)理相同結(jié)構(gòu)不同定向研究同樣機(jī)制用途不同藥物篩選創(chuàng)新藥物新靶點(diǎn)，新化合物新靶點(diǎn)，已知化合物隨機(jī)篩選已知靶點(diǎn)，新化合物當(dāng)前4頁(yè)，總共45頁(yè)。4Prof.DuGuanhua藥物發(fā)現(xiàn)的基本規(guī)律方式途徑舉例偶然發(fā)現(xiàn)

生產(chǎn)、生活奎寧、強(qiáng)心甙、……醫(yī)療實(shí)踐丙戊酸鈉、醋氨酚、……研究過程青霉素、……主動(dòng)尋找（藥物篩選）理論指導(dǎo)扎那米韋、中藥……定向研究半合成抗生素……藥物篩選全新藥物……當(dāng)前5頁(yè)，總共45頁(yè)。5Prof.DuGuanhua藥物發(fā)現(xiàn)的基本特點(diǎn)方式特點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)偶然發(fā)現(xiàn)

有效不可控過程直接無(wú)規(guī)律可循機(jī)遇偶然事件主動(dòng)尋找（藥物篩選）發(fā)揮人類優(yōu)勢(shì)隨機(jī)事件，規(guī)模效應(yīng)借助有利條件過程可控、條件可控選擇特定目標(biāo)績(jī)效/工作比低當(dāng)前6頁(yè)，總共45頁(yè)。6Prof.DuGuanhua藥物發(fā)現(xiàn)的技術(shù)概覽生產(chǎn)生活醫(yī)療實(shí)踐定向篩選計(jì)算機(jī)輔助篩選高通量篩選超高通量篩選藥物設(shè)計(jì)藥物發(fā)現(xiàn)樣品制備組合化學(xué)天然產(chǎn)物藥理研究生物技術(shù)生物信息當(dāng)前7頁(yè)，總共45頁(yè)。7Prof.DuGuanhua藥物篩選的基本概念藥物篩選采用適當(dāng)?shù)姆椒?，?duì)可能作為藥物使用的物質(zhì)（樣品）進(jìn)行生物活性、藥理作用及藥用價(jià)值的評(píng)價(jià)過程。作用評(píng)價(jià)篩選方法（模型）藥用樣品發(fā)現(xiàn)藥物當(dāng)前8頁(yè)，總共45頁(yè)。8Prof.DuGuanhua高通量藥物篩選

高通量藥物篩選就是應(yīng)用分子細(xì)胞水平的藥物活性評(píng)價(jià)方法（模型），通過自動(dòng)化手段，對(duì)大量樣品進(jìn)行生物活性或藥理作用的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)新藥的過程。高通量藥物篩選的規(guī)模至少為每日篩選數(shù)千個(gè)樣品。

當(dāng)前9頁(yè)，總共45頁(yè)。9Prof.DuGuanhua高通量藥物篩選的理論基礎(chǔ)

傳統(tǒng)藥理學(xué)研究反向藥理學(xué)研究動(dòng)物模型藥物作用分子靶點(diǎn)↓↓藥效學(xué)篩選活性化合物↓↓活性化合物作用機(jī)理研究↓↓分子細(xì)胞水平研究藥效學(xué)研究↓↓作用機(jī)理研究疾病相關(guān)動(dòng)物模型研究↓↓藥物開發(fā)研究當(dāng)前10頁(yè)，總共45頁(yè)。10Prof.DuGuanhua高通量藥物篩選基本條件—模型篩選方法(藥物篩選模型)基本要求:微量化；高靈敏度；高特異性；操作簡(jiǎn)便，能反應(yīng)藥物作用基本類型：分子水平篩選模型：靶點(diǎn)明確，藥物作用機(jī)理明確，特異性檢測(cè)細(xì)胞水平篩選模型：機(jī)理明確，檢測(cè)指標(biāo)特異性高，模型穩(wěn)定當(dāng)前11頁(yè)，總共45頁(yè)。11Prof.DuGuanhua藥物靶點(diǎn)及其研究現(xiàn)狀藥物靶點(diǎn)的定義所謂藥物靶點(diǎn)，簡(jiǎn)單的定義就是指那些能夠與特定藥物特異性結(jié)合并產(chǎn)生特定作用（主要是指調(diào)節(jié)生理功能，改變病理過程，緩解疾病癥狀，治療疾病等作用）的生物大分子或特定的生物分子結(jié)構(gòu)。在上述定義中有兩個(gè)重要的前提條件，即藥物和藥物作用。沒有藥物存在或沒有認(rèn)識(shí)藥物作用之前，利用上述定義判斷藥物靶點(diǎn)就不適用了。因此，發(fā)現(xiàn)新的藥物靶點(diǎn)需要在理論上和實(shí)驗(yàn)方面給予全面的研究和認(rèn)識(shí)。這也是當(dāng)前許多研究人員面對(duì)人類基因組研究的成就盲目樂觀的主要原因。當(dāng)前12頁(yè)，總共45頁(yè)。12Prof.DuGuanhua藥物靶點(diǎn)及其研究現(xiàn)狀藥物藥物靶點(diǎn)生理調(diào)節(jié)解除疾病藥物靶點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)：當(dāng)前13頁(yè)，總共45頁(yè)。13Prof.DuGuanhua藥物靶點(diǎn)的基本特點(diǎn)藥物靶點(diǎn)根據(jù)目前已經(jīng)認(rèn)識(shí)的約500種藥物靶點(diǎn)進(jìn)行分析，藥物靶點(diǎn)必須具備的生物學(xué)特征主要表現(xiàn)在以下方面：a、屬于生物學(xué)大分子（通常為蛋白質(zhì)），可以單獨(dú)存在或形成聚合體存在；b、具有可以與其他物質(zhì)（主要是外源性或內(nèi)源性小分子物質(zhì)）相結(jié)合的部位或位點(diǎn)；c、該物質(zhì)的結(jié)構(gòu)可以發(fā)生變化，而且是在與小分子結(jié)合后發(fā)生變化，正常情況下，這種變化通常是可逆的；當(dāng)前14頁(yè)，總共45頁(yè)。14Prof.DuGuanhua藥物靶點(diǎn)的基本特點(diǎn)藥物靶點(diǎn)d、該大分子可以通過結(jié)構(gòu)的變化，在生理?xiàng)l件下發(fā)揮生理調(diào)節(jié)功能，引起機(jī)體某些功能或表現(xiàn)的變化；e、該物質(zhì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)變化產(chǎn)生的生理效應(yīng)在復(fù)雜調(diào)節(jié)過程或作用通路中具有主導(dǎo)作用；f、病理?xiàng)l件下該物質(zhì)的表達(dá)、活性、結(jié)構(gòu)或特性可以發(fā)生變化，這種變化可以是原發(fā)性，也可以是繼發(fā)性的。g、在體內(nèi)可能存在內(nèi)源性與之結(jié)合的小分子（內(nèi)源性配基）或外源性配基，其配基的作用已經(jīng)被認(rèn)識(shí)。當(dāng)前15頁(yè)，總共45頁(yè)。15Prof.DuGuanhua藥物靶點(diǎn)及其研究現(xiàn)狀藥物靶點(diǎn)的分類藥物靶點(diǎn)：能夠與特定藥物特異性結(jié)合并產(chǎn)生治療疾病作用或調(diào)節(jié)生理功能作用的生物大分子或生物分子結(jié)構(gòu)。候選藥物靶點(diǎn)：符合藥物靶點(diǎn)的基本特點(diǎn)，但還沒有發(fā)現(xiàn)特異的藥物的生物大分子或生物分子結(jié)構(gòu)。潛在藥物靶點(diǎn)：部分符合候選靶點(diǎn)的條件。當(dāng)前16頁(yè)，總共45頁(yè)。16Prof.DuGuanhua藥物靶點(diǎn)及其研究現(xiàn)狀以上條件基本上擺脫藥物和作用的限制，可以通過對(duì)生理?xiàng)l件下的物質(zhì)信息進(jìn)行分析，然后判斷是否可以確定為藥物靶點(diǎn)。但是仍然不能保證符合條件的位點(diǎn)就一定是藥物靶點(diǎn)，仍然需要對(duì)其進(jìn)行多方面的研究。對(duì)于全部或部分滿足以上要求的蛋白質(zhì)或其他生物大分子，可以作為候選藥物靶點(diǎn)進(jìn)行研究，特別是需要進(jìn)行生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究。以上藥物靶點(diǎn)的基本條件實(shí)際上并不能反映藥物靶點(diǎn)的生物學(xué)特征，通過生物信息學(xué)技術(shù)和方法，對(duì)已知靶點(diǎn)的規(guī)律性分析，發(fā)現(xiàn)更多新的靶點(diǎn)生物學(xué)特征，如結(jié)構(gòu)特征，氨基酸序列特征等，將會(huì)有利于促進(jìn)藥物靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)。當(dāng)前17頁(yè)，總共45頁(yè)。17Prof.DuGuanhua藥物靶點(diǎn)及其研究現(xiàn)狀藥物靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)：基因組學(xué)研究蛋白質(zhì)組學(xué)研究：生物信息學(xué)研究：藥物研究：（傳統(tǒng)方法）當(dāng)前18頁(yè)，總共45頁(yè)。18Prof.DuGuanhua高通量藥物篩選基本條件—樣品樣品類型：?jiǎn)我换衔铮ê铣苫衔?，天然化合物）混合物（天然提取物，合成化合物）樣品?lái)源：化學(xué)合成、組合化學(xué)合成天然產(chǎn)物提取物、組合生物合成、代謝產(chǎn)物樣品保存：樣品庫(kù)（）溫度、濕度、光線……樣品管理：數(shù)據(jù)庫(kù)管理化合物數(shù)據(jù)庫(kù)，提取物數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)前19頁(yè)，總共45頁(yè)。19Prof.DuGuanhua樣品數(shù)據(jù)庫(kù)信息表當(dāng)前20頁(yè)，總共45頁(yè)。20Prof.DuGuanhua高通量藥物篩選基本條件自動(dòng)化操作系統(tǒng)（實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化工作站）自動(dòng)操作（加樣、稀釋、混合、溫孵、轉(zhuǎn)移等）自動(dòng)檢測(cè)（時(shí)間、順序、條件等）數(shù)據(jù)獲得（原始數(shù)據(jù)、簡(jiǎn)單處理數(shù)據(jù)）結(jié)果儲(chǔ)存（計(jì)算機(jī)保存）當(dāng)前21頁(yè)，總共45頁(yè)。21Prof.DuGuanhua實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化工作站自動(dòng)化工作站當(dāng)前22頁(yè)，總共45頁(yè)。22Prof.DuGuanhua當(dāng)前23頁(yè)，總共45頁(yè)。23Prof.DuGuanhua高通量藥物篩選基本條件4檢測(cè)儀器：分光光度計(jì)熒光檢測(cè)儀放射活性計(jì)數(shù)儀其他當(dāng)前24頁(yè)，總共45頁(yè)。24Prof.DuGuanhua液閃發(fā)光計(jì)數(shù)儀液閃發(fā)光計(jì)數(shù)儀當(dāng)前25頁(yè)，總共45頁(yè)。25Prof.DuGuanhua可見紫外熒光發(fā)光分析儀FluoStar比色儀當(dāng)前26頁(yè)，總共45頁(yè)。26Prof.DuGuanhua高通量藥物篩選數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析：數(shù)據(jù)處理，單位換算，活性結(jié)果專業(yè)分析：活性強(qiáng)度比較當(dāng)前27頁(yè)，總共45頁(yè)。27Prof.DuGuanhuaHTS篩選結(jié)果分析當(dāng)前28頁(yè)，總共45頁(yè)。28Prof.DuGuanhua963848641536當(dāng)前29頁(yè)，總共45頁(yè)。29Prof.DuGuanhua高通量藥物篩選成本當(dāng)前30頁(yè)，總共45頁(yè)。30Prof.DuGuanhua高通量藥物篩選基本程序模型優(yōu)化AssayOptimization建立模型AssayDevelopment活性篩選Screening分析技術(shù)AssayTechnologies分析方法微量化AssayMiniaturization篩選結(jié)果Profiling活性化合物QualityLeads樣品準(zhǔn)備CompoundArchive當(dāng)前31頁(yè)，總共45頁(yè)。31Prof.DuGuanhua藥物發(fā)現(xiàn)概況初篩復(fù)篩深入篩選新藥開發(fā)臨床前研究臨床研究活性化合物ActiveCompounds確證篩選活性樣品Hits先導(dǎo)化合物L(fēng)eadcompounds候選藥物Candidate當(dāng)前32頁(yè)，總共45頁(yè)。32Prof.DuGuanhua高通量篩選所面臨的挑戰(zhàn)規(guī)模擴(kuò)大：制藥企業(yè)為提高工作效率已經(jīng)投入巨額資金，這種投入成為發(fā)展的巨大壓力，這種壓力意味著藥物能夠競(jìng)爭(zhēng)的自由時(shí)間很少。通過增加篩選靶點(diǎn)的數(shù)量以及對(duì)每個(gè)篩選靶點(diǎn)進(jìn)行篩選的化合物數(shù)量，成為HTS部門已經(jīng)響應(yīng)這種競(jìng)爭(zhēng)趨勢(shì)的措施；在不同的制藥企業(yè)已經(jīng)制定了面對(duì)這些挑戰(zhàn)的各種策略。重要環(huán)節(jié)：提高HTS工作效率仍具有巨大潛力，除設(shè)備生產(chǎn)、檢測(cè)方法建立需要不斷創(chuàng)新外，將篩選活性化合物的過程與先導(dǎo)化合物的確證等階段（hit-to-leadsteps）密切結(jié)合，形成完整的整體，將更有利于相互之間的合作以及全面提高工作效率。

當(dāng)前33頁(yè)，總共45頁(yè)。33Prof.DuGuanhua藥物高通量篩選方法研究進(jìn)展

Sizeexclusionchromatography：通過象共聚焦技術(shù)和壽命測(cè)定等，適用于快速篩選并產(chǎn)生巨大效益的新的檢測(cè)技術(shù)的高密度板，并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了微量篩選技術(shù)?；谟H和力的快速篩選技術(shù)。這種技術(shù)可將靶點(diǎn)蛋白與化合物的混合物共同孵育后，利用大小排除法色譜技術(shù)（sizeexclusionchromatography）分離化合物，最后通過質(zhì)譜技術(shù)進(jìn)一步分析化合物的特性。當(dāng)前34頁(yè)，總共45頁(yè)。34Prof.DuGuanhua藥物高通量篩選方法研究進(jìn)展

Smallfocusedsubsets：根據(jù)分子間相互作用力的篩選方法廣泛應(yīng)用，采取的策略也非常靈活，相對(duì)集中篩選（smallfocusedsubsets），由于具體操作過程易于控制，而且常采用384孔板作為篩選載體，效果更明顯。因?yàn)榧っ赴悬c(diǎn)的檢測(cè)試劑的來(lái)源問題，適用于激酶檢測(cè)的芯片實(shí)驗(yàn)室的芯片技術(shù)（Caliperlab-on-a-chip），以更小的反應(yīng)體積實(shí)現(xiàn)活性篩選，提高篩選速度。當(dāng)前35頁(yè)，總共45頁(yè)。35Prof.DuGuanhua藥物高通量篩選方法研究進(jìn)展

濾過和學(xué)習(xí)的循環(huán)：Aventis的‘濾過和學(xué)習(xí)的循環(huán)’策略，能夠提高活性化合物的發(fā)現(xiàn)率，這種過程包括了來(lái)自經(jīng)過確定的活性結(jié)構(gòu)的新數(shù)據(jù)庫(kù)，以此為研究的向?qū)?，通過與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用，經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證和信息反饋，提高化合物中的活性化合物發(fā)現(xiàn)率。不過，這種方法并不是對(duì)全部的靶點(diǎn)來(lái)說(shuō)都是成功的。當(dāng)前36頁(yè)，總共45頁(yè)。36Prof.DuGuanhua藥物高通量篩選方法研究進(jìn)展

IQ檢測(cè)：近年來(lái)研制成功的一種適用于激酶、磷酯酶以及蛋白酶分析的IQ檢測(cè)平臺(tái)。這種技術(shù)利用溶液中的鐵離子化合物與磷酸化的多肽結(jié)合時(shí)所消失的熒光信號(hào)變化，確定藥物作用。這種技術(shù)也適用于蛋白酶的檢測(cè)并成功地用于1536孔板。由于這是一種不使用抗體的檢測(cè)技術(shù)，適用于具有廣泛范圍的熒光顏料、用DMSO溶解的多肽類底物的檢測(cè)。當(dāng)前37頁(yè)，總共45頁(yè)。37Prof.DuGuanhua藥物高通量篩選方法研究進(jìn)展

另一種稱為‘光速?’(Lightspeed?)的檢測(cè)模式也可以適用于激酶、蛋白酶以及DNA檢測(cè)。的這種技術(shù)可以利用超淬火聚合體監(jiān)測(cè)它們之間的結(jié)合信息。這種模式具有不使用抗體、操作步驟少，只需使用自動(dòng)化操作系統(tǒng)等快速、簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。

當(dāng)前38頁(yè)，總共45頁(yè)。38Prof.DuGuanhua高通量藥物篩選數(shù)據(jù)處理技術(shù)

數(shù)據(jù)采集：篩選能力的不斷提高，篩選方法的多樣化，從HTS過程采集的數(shù)據(jù)也在不斷地增加，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量成為重要研究?jī)?nèi)容。提高數(shù)據(jù)質(zhì)量可以通過提高數(shù)據(jù)獲取技術(shù)，如共聚焦技術(shù)和高信息讀數(shù)器等技術(shù)；也可以通過降低篩選過程的錯(cuò)誤，提高篩選效率，如Genedata的篩選策略（）就特別注意整個(gè)篩選過程中每一個(gè)檢測(cè)板上的錯(cuò)誤情況。采用劑量-反應(yīng)模塊，可自動(dòng)阻擋無(wú)效數(shù)據(jù)以及重新繪制已經(jīng)畫出的擬合曲線。數(shù)據(jù)處理：對(duì)IC50的分析，大多數(shù)數(shù)據(jù)處理工具存在數(shù)據(jù)利用率的缺陷，而且需要人工操作，消耗大量的時(shí)間。Genedata軟件具有繪制趨勢(shì)能力，能夠處理多種數(shù)據(jù)，獲得多種模式數(shù)據(jù)中的各種最重要信息的功能。通過運(yùn)算可以列出‘候補(bǔ)’活性化合物目錄，并能夠完成假陽(yáng)性結(jié)果的刪除和假陰性結(jié)果的確認(rèn)。當(dāng)前39頁(yè)，總共45頁(yè)。39Prof.DuGuanhua高內(nèi)涵篩選技術(shù)在高通量篩選的發(fā)展過程中，為了減少高通量篩選成本提高篩選速度，采用了縮小篩選樣品反應(yīng)體積的措施，由原來(lái)主要在96孔板上篩選實(shí)現(xiàn)了384孔板或1536孔板的高密度微孔板篩選。但由于反應(yīng)體積不可能無(wú)限縮小，因此增加每樣品單次篩選信息量，發(fā)現(xiàn)更多的信息內(nèi)容，成為新的發(fā)展方向，因此逐漸形成了高內(nèi)涵高通量篩選概念。在一種篩選模型上同時(shí)采集具有不同意義的藥物作用信號(hào)，這種篩選模型稱為高內(nèi)涵（highcontents）藥物篩選：能夠采集多種信號(hào)的高通量藥物篩選，則稱為高通量高內(nèi)涵藥物篩選。新概念是為了工作的方便。當(dāng)前40頁(yè)，總共45頁(yè)。40Prof.DuGuanhua高內(nèi)涵篩選技術(shù)舉例多細(xì)胞因子生成調(diào)節(jié)藥物的篩選炎癥發(fā)生過程中有多種細(xì)胞如成纖維細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、白細(xì)胞等和多種因子參與，特別是IL-1、TNF-、IL-8、IL-6等細(xì)胞因子對(duì)炎癥反應(yīng)起著重要的調(diào)節(jié)作用。實(shí)驗(yàn)證明許多抗炎藥對(duì)這些因子的釋放和合成有抑制作用。建立針對(duì)這些因子的體外抗炎藥篩選體系，為發(fā)現(xiàn)新的具有抗炎作用的藥物提供一種快速有效的方法。

當(dāng)前41頁(yè)，總共45頁(yè)。41Prof.DuGuanhua高內(nèi)涵篩選技術(shù)舉例本實(shí)驗(yàn)利用脂多糖體外刺激人血白細(xì)胞釋放炎性因子的篩選體系人血白細(xì)胞5*1