高通量培養(yǎng)技術(shù)

高通量篩選技術(shù)及常用儀器設(shè)備目錄一、背景二、高通量篩選常用儀器設(shè)備三、未來(lái)趨勢(shì)高通量篩選技術(shù)背景伴隨著組合化學(xué)的長(zhǎng)足開展，使得人們能夠在短時(shí)間內(nèi)合成大量化合物，同時(shí)分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)和生物化學(xué)的研究如人類基因組方案、蛋白質(zhì)組學(xué)等以幾何級(jí)數(shù)增加了新的靶分子的數(shù)量。然而常規(guī)的篩選方法處理不了如此眾多的化合物和靶分子，因此高通量篩選技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)極大地提高了對(duì)目標(biāo)分子、活性物質(zhì)以及前導(dǎo)藥物的篩選速度。背景特別是21世紀(jì)初，美國(guó)推出了“QbD〔質(zhì)量源于設(shè)計(jì)〕〞，更是把高通量篩選技術(shù)推到了一個(gè)新的高度。質(zhì)量源于設(shè)計(jì)〔QualitybyDesign，QbD〕這一理念首先出現(xiàn)在人用藥品注冊(cè)技術(shù)規(guī)定國(guó)際協(xié)調(diào)會(huì)議中，其定義為“在可靠的科學(xué)和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理根底之上的，預(yù)先定義好目標(biāo)并強(qiáng)調(diào)對(duì)產(chǎn)品與工藝的理解及工藝控制的一個(gè)系統(tǒng)的研發(fā)方法〞。FDA已經(jīng)將QbD認(rèn)作是cGMP的根本組成局部。背景高通量篩選(Highthroughputscreening，HTS)技術(shù)是指以分子水平和細(xì)胞水平的實(shí)驗(yàn)方法為根底，以微板形式作為實(shí)驗(yàn)工具載體，以自動(dòng)化操作系統(tǒng)執(zhí)行試驗(yàn)過(guò)程，以靈敏快速的檢測(cè)儀器采集實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，以計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，同一時(shí)間對(duì)數(shù)以千萬(wàn)樣品檢測(cè)，并以相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)支持整體運(yùn)轉(zhuǎn)的技術(shù)體系。主要用于菌種篩選、哺乳動(dòng)物細(xì)胞系監(jiān)控、微生物蛋白表達(dá)重組子的篩選、代謝通路修飾研究、分子進(jìn)化過(guò)程中的酶突變體的篩選等。QbD理念I(lǐng)CHguidelinesQ8(onPharmaceuticalDevelopment)ICHQ9guidelines(onQualityRiskManagement)ICHQ10guidelines(onPharmaceuticalQualitySystem)ProductqualitydrivenQualityriskassessmentSoundscience–processdeepunderstandingCQAs,CPAs,DesignspaceQualitybyDesign(QbD):Asystematicapproachtodevelopmentthatbeginswithpredefinedobjectivesandemphasizes

product

&

processunderstandingandprocesscontrol,basedonsoundscience&

qualityriskmanagement.產(chǎn)品屬性、生產(chǎn)工藝與產(chǎn)品性能之間的關(guān)系產(chǎn)品的認(rèn)知Design設(shè)計(jì)生產(chǎn)的全過(guò)程控制QbD理念生物醫(yī)藥開展的最終目的是建立一個(gè)可持續(xù)的能夠按照預(yù)期要求進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)的工業(yè)過(guò)程。生物系統(tǒng)的復(fù)雜性〔如生產(chǎn)重組蛋白的新重組子〕決定了尋找表達(dá)治療性蛋白質(zhì)的最正確培養(yǎng)條件是非常困難的。各變量相互影響，往往能得到上千種組合。需要在早期開發(fā)過(guò)程中識(shí)別生物過(guò)程中的關(guān)鍵要素并建立相應(yīng)的過(guò)程設(shè)計(jì)空間。結(jié)合過(guò)程分析技術(shù)PAT，利用多變?cè)治?、?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)策略DoE等對(duì)這些上千組合進(jìn)行高通量篩選，獲得能夠保障質(zhì)量和產(chǎn)量的最正確表達(dá)系統(tǒng)和相關(guān)過(guò)程參數(shù)。QbD與HTS背景高通量篩選技術(shù)在從生物制藥領(lǐng)域延遲伸出來(lái)的其他交叉領(lǐng)域如微生物發(fā)酵中的育種方向等也有重要作用。無(wú)論是微生物發(fā)酵生產(chǎn)大宗化工用品或是藥品亦或是食品，都離不開育種。而育種的兩大任務(wù)就是突變與篩選。將高通量篩選技術(shù)應(yīng)用在生物育種中，將大大提高育種效率及獲得優(yōu)良菌種的幾率。菌種高通量篩選方法的建立HTS常用儀器設(shè)備HTSFixtureandShakerMicrotiterPlatesPipettingSystemParallelFermentationSystem多孔板48-Cover96-CoverFlaskFlaskTimeTimeFig.AGrowthcurvesofE.coliinshakeflaskandMTPs.Flask24-MTP24-BMTPVolumeFig.BkLaofdifferentMTPsfilledwithdifferentvolumeofliquid.TableAEvaporationrateofwater(μL/day/well)Day1Day2Day324-MTP39.248.348.948-MTP26.532.231.9TableBCVvalues

amongwellsandplatesOD595ofE.coliEnzymeactivityWelltoWellPlatetoPlateWelltoWellPlatetoPlate24-MTP1.75.51.77.148-MTP1.36.82.18.024-MTP24-BMTP48-MTP96-MTPOutstandingFeatures:Highthroughput,timeandlaborsaved.Highventilationefficiency,suitableforcultivatingaerobicbacteria–Fig.A&B.Lowevaporationrate,capableoflong-timecultivation–TableA.Goodparallelity–TableB.Madeoffood-gradePP,betolerateoforganicsolvent.Couldbereused.移液設(shè)備ManualpipettingtoolAutomaticpipettingplatformOutstandingFeatures:8-channelDistributionrange:0.5-5.0mL,1.0-10.0mL,2.5-25.0mL,5.0-50.0mLSmallandcheapEasytooperate,withhighprecision:CV<3%.OutstandingFeatures:Channeloptional:singleor8-channelBecompatiblewithdifferentkindsoftipsBecompatiblewith24-MTP,48-MTP,96-MTP,centrifugetubes,cyrotubes,etc.Distributionrange:

Singlechannel:100-1000μL,20-200μL,10-100μL8-channel:20-200μL,30-300μLControlledbycustomizedsoftware,CV<1%.震蕩培養(yǎng)設(shè)備OutstandingFeatures:EasytofixthefixtureonshakersBecapableoffixing24-MTP,48-MTP,96-MTP,etc.Becapableofscreening1536strainssimultaneouslyCouldbeusedathighrotationspeedEasytooperate平行發(fā)酵設(shè)備OutstandingFeatures:Quarternity,couldbeexpandedtooctonarySmallcultivatevolume(500-1000mL),economicalandlaborsavedMonitoringpH,DO,temperature,agitation,foam,etc.,withfourhighprecisionsmallpumpsNon-contactstirring,avoidingabrasionandcontamination90W*55D*65Hmm,couldbeplacedonthetableCustomizedsoftware,controlledbycomputerand/ortabletDoEandmultivatiateanalysissoftwareembedded其他常用儀器設(shè)備自動(dòng)滅菌培養(yǎng)基制備機(jī)自動(dòng)培養(yǎng)基分裝系統(tǒng)其他常用儀器設(shè)備自動(dòng)細(xì)菌平板稀釋儀其他常用儀器設(shè)備多功能酶標(biāo)儀其他常用儀器設(shè)備流式細(xì)胞儀液相芯片檢測(cè)儀商業(yè)化的高通量系統(tǒng)已經(jīng)改變了目前