高通量篩選的含義

近年來(lái)，由于自動(dòng)化技術(shù)特別是機器人的應用，在新藥研究中出現了高通量篩選技術(shù)（High throughput screening, HTS），該技術(shù)將化學(xué)、基因組研究、生物信息，以及自動(dòng)化儀器等先進(jìn)技術(shù)，有機組合成一個(gè)高程序、高自動(dòng)化的新模式，從而創(chuàng )造了發(fā)現新藥的新程序。由于該技術(shù)具有快速、高效等特點(diǎn)，因而成為新藥發(fā)現的主要手段。簡(jiǎn)而言之，高通量篩選技術(shù)是將多種技術(shù)方法有機結合而形成的一種新技術(shù)體系，它以微板形式作為實(shí)驗工具載體，以自動(dòng)化操作系統執行實(shí)驗過(guò)程，以靈敏快速的檢測儀器采集實(shí)驗數據，以計算機對數以千計的樣品數據進(jìn)行分析處理，從而得出科學(xué)準確的實(shí)驗結果和特色效用。英國學(xué)者AlanD研究提示，一個(gè)實(shí)驗室采用傳統的方法，借助20余種藥物作用靶位，1年內僅能篩選75000個(gè)樣品；1997年高通量篩選技術(shù)發(fā)展初期，采用100余種靶位，每年可篩選100萬(wàn)個(gè)樣品；1999年高通量篩選技術(shù)進(jìn)一步完善后，每天的篩選量就高達10萬(wàn)種化合物。

高通量藥物篩選主要由五個(gè)部分組成：
　?。保詣?dòng)化操作系統 它主要是指計算機控制的實(shí)驗室自動(dòng)化工作站，又稱(chēng)實(shí)驗室機器人。該工作站可以代替人工進(jìn)行自動(dòng)加樣、稀釋、轉移、洗脫、混合、溫孵、檢測等操作，使實(shí)驗遵守程序化，減少人工誤差，結果更準確可靠。在國外，高通量自動(dòng)化篩選系統主要由制藥企業(yè)構建和使用。高通量自動(dòng)化篩選系統建立以后，主要課題是如何保障不斷需求的大量的篩選資源的問(wèn)題。因此，發(fā)達國家的大型制藥企業(yè)從企業(yè)競爭和自身發(fā)展的戰略利益出發(fā)，紛紛建立高通量自動(dòng)化的篩選系統，同時(shí)，投以巨資通過(guò)合作或共同研究等方式，謀求獲得發(fā)展中國家的大量資源。
　?。玻哽`敏度的檢測系統   該系統是為了適應ＨＴＳ而出現的新檢測儀器。由于ＨＴＳ在９６孔或更多孔的微板中進(jìn)行實(shí)驗，樣品量小，因而要求儀器靈敏度高，而且能夠對９６孔微板進(jìn)行快速檢測?，F在用于ＨＴＳ的檢測儀器已可以進(jìn)行可見(jiàn)光、紫外光、熒光比色，也可以進(jìn)行同位素放射活性測定和生物發(fā)光、化學(xué)發(fā)光等多方面的測定，使現有的體外實(shí)驗方法多數可用于ＨＴＳ。

      2．1分光光度法   近年來(lái)，美、英兩國研究人員在高通量篩選檢測中，努力進(jìn)行了光學(xué)測定方法的研究，建立了大量的非同位素標記測定法，如用分光光度檢測法篩選蛋白酪氨酸激酶抑制劑、組織纖溶酶原激活劑等，均獲得成功。為了適應高通量藥物篩選，許多公司都生產(chǎn)了具備計算機接口并能對多孔板進(jìn)行同時(shí)檢測的分光光度計。以Molecular Device公司的Spectra 190為例，它采用8條光導纖維同時(shí)對8孔進(jìn)行測定。測定波長(cháng)以2nm為間隔，可以在190nm一850nm間進(jìn)行選擇。對未知物質(zhì)，可在該范圍內進(jìn)行掃描以確定其特征吸收光譜。因此，大大增加了建立模型的多樣性。檢測數據以不同文件格式輸出，可用隨機軟件或通用數據處理軟件進(jìn)行處理。方便、快速、準確、自動(dòng)化程度高。分光光度法高靈敏儀器同自動(dòng)化操作系統的連接，使得基于紫外、可見(jiàn)光譜的高通量藥物篩選模型成為主要模型種類(lèi)。
　　2．2 放射性檢測技術(shù)  美國學(xué)者GanieSM在高通量藥物篩選研究中，應用放射性測定法，特別是親和閃爍（SPA）檢測方法，使在96孔板上進(jìn)行的樣本量實(shí)驗得到發(fā)展。該方法靈敏度高，特異性強，促進(jìn)了高通量藥物篩選的實(shí)現，但存在環(huán)境污染問(wèn)題。 
　　2．3熒光檢測技術(shù)   美國學(xué)者GiulianokA研究認為，采用FLIPR(fluorometric imaging reader)熒光檢測法（Molecular Devices），可在短時(shí)間內同時(shí)測定熒光或化學(xué)發(fā)光的強度和變化，對測定細胞內鈣離子流及測定細胞內pH和細胞內鈉離子流等，是一種非常理想的高效檢測方法, 目前，FLIPR已成為業(yè)內公認的高通量藥物篩選的黑馬?，F代藥物篩選的速度與該項技術(shù)的發(fā)展和此儀器的更新緊密相關(guān)，是高通量藥物篩選的必需設備。 
　　2．4多功能微板檢測系統：近年來(lái)多功能酶標儀技術(shù)取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展。其功能可涵蓋光吸收、化學(xué)發(fā)光、熒光、熒光偏正、熒光能量共振轉移和alpha screening 等方面，在藥物篩選種得到廣泛的應用。其檢測體系可低至幾微升樣品量，通量可擴充到1536孔板。此項技術(shù)尤以Molecular Devices公司更為突出。Molecular Devices公司是專(zhuān)業(yè)的酶標儀技術(shù)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)公司，其推出的酶標儀型號最全， 最經(jīng)典。她的每一型號的酶標儀推出時(shí)，均為市場(chǎng)上的第一臺， 始終引領(lǐng)著(zhù)酶標儀的發(fā)展方向。 目前該公司正在研發(fā)下一代產(chǎn)品， 將來(lái)用戶(hù)能在獲得數據的同時(shí)，也可以看得到標本的圖像。
　?。常肿?、細胞水平的高特異性體外篩選模型 指用于檢測藥物作用的實(shí)驗方法。由于ＨＴＳ要求反應總體積小，而且反應具有較高的特異性和敏感性，因此對于篩選模型也要求較高，常用的篩選模型都建立在分子水平和細胞水平，觀(guān)察的是藥物與分子靶點(diǎn)的相互作用，能夠直接認識藥物的基本作用機制。目前這些模型主要集中在受體、酶、通道以及各種細胞反應方面。近年也出現了基因水平的藥物篩選模型，使得藥物篩選模型的范圍更加廣泛，特別是各種新的篩選模型隨著(zhù)生命科學(xué)基礎研究的新成就不斷應運而生，如端粒酶抑制、細胞凋亡誘導、細胞周期抑制、新生血管抑制等各種活性指標用作微生物活性成分的篩選模型。隨著(zhù)病理生理機制的不斷闡明，人們更加注重基于作用機制的篩選模型。尤其是隨著(zhù)人類(lèi)基因組計劃的研究進(jìn)展，建立基因芯片等針對某種基因為作用靶點(diǎn)的篩選模型和篩選方法也極受關(guān)注。此外，應用細胞模型?或分子水平的模型　進(jìn)行化合物毒理學(xué)和藥物代謝藥動(dòng)力學(xué)的研究和篩選，在ＨＴＳ中也是十分重要的內容。通過(guò)分子細胞水平模型，進(jìn)行毒理學(xué)和藥物代謝動(dòng)力學(xué)的篩選，是早期評價(jià)藥物的體內過(guò)程非常重要的步驟，可以減少大量的動(dòng)物實(shí)驗藥物開(kāi)發(fā)的前期投入。在評價(jià)藥物藥理作用和發(fā)展前途方面有重要意義。
　?。矗缓Y樣品管理庫?即樣品庫　 被篩樣品管理庫ＨＴＳ的重要特征之一是篩選樣品的數量大。對大量樣品進(jìn)行篩選是發(fā)現新藥的基礎，國外進(jìn)行藥物篩選的機構都已儲備了數以萬(wàn)計的化合物，建立了相當規模的樣品庫。樣品庫的建立，不僅需要大量化合物的儲存，更重要的是建立合理、科學(xué)的管理系統。應用計算機進(jìn)行樣品庫的管理，不僅可以使樣品的應用程序化，而且可以對樣品進(jìn)行多方面的管理和分析，如查詢(xún)樣品、對樣品進(jìn)行編號、樣品資料的查閱等。５．數據采集傳輸處理系統 該系統是ＨＴＳ的最后一道程序，主要由計算機完成。由于在ＨＴＳ中，每天可以產(chǎn)生大量數據，有時(shí)數千、數萬(wàn)甚至十余萬(wàn)或更多，雖然這些數據可以由檢測系統自動(dòng)進(jìn)行采集和記錄，但對其進(jìn)行分析處理仍然是艱巨的工作。數據處理系統不僅能夠對數據進(jìn)行分析處理，而且可以根據要求，輸出篩選報告。

　　5．其它輔助系統  除以上部分之外，尚有一些輔助系統配合ＨＴＳ，如計算機輔助設計、高效天然化合物提取方法等。用這些現代化方法進(jìn)行藥物篩選，真正實(shí)現了快速、大規模和一藥多篩。另外，進(jìn)行藥物篩選有關(guān)的理論研究將提高藥物篩選的目的性和有效性，并有可能提出新的研究方向。藥物篩選的研究應包括藥物篩選、藥物發(fā)現規律和藥物作用理論研究。進(jìn)行理論研究重在及時(shí)總結已經(jīng)獲得的信息和資料，總結經(jīng)驗，修正已有的理論內容，建立新的藥物篩選理論，如構效關(guān)系的普遍規律、受體理論、酶體理論等等。

高通量篩選在中國的應用前景

我國進(jìn)行藥物高通量篩選的優(yōu)勢首先是化合物來(lái)源廣泛，且多為天然；其次是對化合物生活活性的篩選目的較明確，無(wú)目的合成的化合物較少；第三，我國傳統藥物為篩選研究提供了一個(gè)巨大的資源庫，可從中藥中提取分離篩選新的化合物。這些優(yōu)勢為藥物的高通量篩選打下了堅實(shí)基礎。

　　我國藥物高通量篩選初顯規模藥物高通量篩選工作在我國起步較晚，且不規范。近年來(lái)，高通量活性篩選技術(shù)的引入和迅速發(fā)展，極大的推動(dòng)了創(chuàng )新藥物的研究進(jìn)程。高通量活性篩選的特點(diǎn)是能夠進(jìn)行大量樣品的快速篩選，其基本要素包括足夠大的樣品庫和優(yōu)良的藥理模型。與高通量活性篩選相應的樣品的高通量制備和樣品庫以及新型藥理模型的建立已成為目前創(chuàng )新藥物研究的焦點(diǎn)。隨著(zhù)組合化學(xué)熱點(diǎn)的降溫，適合于高通量活性篩選的天然生物資源提取物、分離部位和單體化合物樣品庫的建立及相關(guān)方法的研究，已成為一些跨國制藥企業(yè)、農業(yè)化學(xué)企業(yè)與天然產(chǎn)物研究機構合作和競爭的焦點(diǎn)。中草藥是具有我國特色的創(chuàng )新藥物的重要源泉，由于成分的復雜性，其提取物不宜直接用于高靈敏、微量的高通量活性篩選。但是，如果把平行和序列組合高通量分離技術(shù)用于中草藥樣品的分離，使復雜樣品按極性快速分離成一些成分組(或單體)，不僅可以克服以上問(wèn)題，而且能夠使提取物中的微量成分得到富集，與高通量篩選相結合。經(jīng)過(guò)高通量活性篩選得到的活性成分組(或單休)又可以與色譜一波譜聯(lián)用技術(shù)結合，直接快速鑒定其中成分的結構或獲取有價(jià)值的結構信息指導下一步研究。這樣使中草藥中創(chuàng )新藥物先導物的發(fā)現與高通量活性篩選有機地結合，將極大地加快具有我國特色的以中草藥有效物質(zhì)為基礎的創(chuàng )新藥物研究步伐。

　高通量篩選技術(shù)，是目前藥物篩選領(lǐng)域研究的重要課題，與傳統的藥物篩選方法相比有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):反應體積??；自動(dòng)化；靈敏快速檢測；高度特異性。但是，高通量篩選作為藥物篩選的方法,并不是一種萬(wàn)能的手段。首先，高通量篩選所采用的主要是分子、細胞水平的體外實(shí)驗模型，因此任何模型都不可能充分反映藥物的全面藥理作用；其次，用于高通量篩選的模型是有限的和不斷發(fā)展的，要建立反映機體全部生理機能或藥物對整個(gè)機體作用的理想模型，也是不現實(shí)的。但我們應該相信，任何技術(shù)的進(jìn)步，都將為科學(xué)的發(fā)展起到促進(jìn)作用。隨著(zhù)對高通量篩選研究的不斷深入，隨著(zhù)對篩選模型的評價(jià)標準、新的藥物作用靶點(diǎn)的發(fā)現以及篩選模型的新穎性和實(shí)用性的統一，高通量篩選技術(shù)必將在未來(lái)的藥物研究中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

閱讀：  2016-06-27 12:45:23