高流通量筛选

作者：文/Mike May 译/春风    来源:  生物技术世界

眼下的制药业和生物技术行业如人们预期的那样，发展十分迅速。其中速度方面的增长多数来自于高通量技术(HTS)――组合了自动控制、机器人以及其他的技术，通过一系列的测试对化合物进行快速分析的方法。在治疗业务方面，这些测试通常包括化合物与疾病对象的相互作用过程。AstraZeneca制药公司副总裁Deborah Hartman表示：“我们将HTS看作是发现先导物的强大引擎。可以用于发现有潜力的新化合物。”

无论是制药公司还是生物技术公司，都希望那些过程可以发现更多的有潜力的化合物，但实际情况总是低于人们的预期。默克研究实验室的研究副总裁Berta Strulovici说道：“媒体总是问：‘如果企业投资于这种技术，为什么制药公司不能获得更多的药物？’听起来也合理，尤其是生物公司或制药公司使用HTS或超HTS技术的时候。”

对此，Strulovici进行了解释：“HST只是一个过程。在药物发现的早期阶段，你现在拥有一个更有效，性价比更好的过程，但是研发的其他过程效果仍然不佳，结果就是人们看到的那样。”虽然HTS可以使药物发现过程更好更快的运行，但是同时还有许多其他的步骤需要考虑到。

罗氏公司发现技术和细胞化HTS/HCS研究主管Ralph Garippa也赞同这种看法，他说：“希望任何事物马上发生本质变化，这本身就是一种不切实际的想法。因为药物发现过程的所有阶段并没有同时发生像HTS那样程度的革新。”

改善筛选

首先，HTS本身仍然是一个活跃的领域。科学家和公司继续开发更好的筛选方法。Strulovici表示：“最显著的是，我们采用技术，使每种分析都小型化，这样我们就能筛选大量的标本，是一种成本有效方式，而以前每次只能筛选一个目标，成本很高。”默克的标本包括近200万种化合物，绝大多数公司只选择自己的目标库部分，有时候就会把宝贵的候选物排除在外。为了筛选这些化合物，Strulovici和同事采用3,456孔和1,536孔板进行分析。Strulovici自豪的说道：“在10天内，我们就可以完成整个库的筛选工作。如果用96或384孔板，绝对是做不到的。可能会需要更多的时间，成本也不允许这样做。”

此外，更好的筛选方法并不一定就得依靠更好的技术。例如，AstraZeneca公司的Hartman表示，改良过程就是基于公司更好的组织团队。“我们已经在研究部门的跨学科、发现引导物团队中完全整合了HTS，团队间通过一个内部的网络共享最好的操作过程，并且一起对新技术进行评估。”AstraZeneca正在采用新技术，如acoustic nanoliter dispensing。采用这种系统，科学家可以依次进行一系列的化合物测试，然后机器人系统自动回收化合物，并且进行分析预备操作。将含有冷藏细胞的小孔与这种分配方法相结合，就简化了细胞分析过程。Hartman称：“最终结果是增强了效率，并且显著减少了所用化合物的量。”

一些公司也用新的方式对现有的技术进行组合改造。例如，Applied Biosystems公司和MDS Sciex合资生产的FlashQuant工作台，在一台三级四极杆质谱分析仪上采用MALDI和多级反应监测模式以获得高通量的小分子定量能力。Applied Biosystems公司药物部主任Tamara Bond表示：“关键在于速度。”据公司称，在小分子定量方面，与当前分析速度最快的液相—三级四极杆质谱仪相比，新产品的速度提高了25倍。“这种系统可以像微阵列或平板读取器一样进行样品进样，一次可以进行多重点样。以前是无法做到这一点的。”新产品为制药公司在进行化合物筛选时提供无与伦比的分析速度，同时该仪器也将显著提高药物研发早期阶段的通量效率，降低先导化合物的失败率。

但是用MALDI作为小分子的MS分析遇到许多问题。Bond表示：“当你调查小分子时，会有许多矩阵干扰，”平板中的MALDI矩阵引起噪音。“看不到化合物就无法进行定量”。为了解决这个问题，Applied Biosystems公司和MDS Sciex的科学家确定了一个非干扰矩阵。

FlashQuant首先聚焦在ADME方面，ADME指药物发现过程中开发化合物的吸收、分布、代谢和排泄过程。可以确定一个化合物是否具有成为好药优良特性。这一过程越快，FlashQuant就能越早的除去劣质化合物。

其他公司也把目标对准了ADME中的的HTS，以及药物发现过程的其他步骤。Hartman称：“我们采用HTS技术对ADME中的化合物进行大规模选择，也可以应用于安全和毒性方面的分析。用HTS去鉴定具有安全或毒性易感性的化合物，可以在早期就能及时发现。然后，这些化合物可能被去除，或者被进一步开发。这样，就可以让优良的先导物进入临床试验。”

超越筛选

现在，生物技术公司和制药公司可以快速的筛选许多化合物，这些公司希望可以加快随后开展的工作，这也表明筛选不仅仅是一次采样――与平板小孔中的化合物相互作用的过程。Strulovici表示：“我们采用原始采样的技术，消除脱靶效应以及各种假象，如与分析有关的人工假象。”默克科学家也希望每次试验能发现更多的内容。Strulovici认为，添加微量热法和细胞显微镜检查法这些技术，增加了采样的内容。“因此，当我们把相关数据提交给治疗部门时，他们可以知道哪些化合物对他们有用。总之，HTS将促进研发过程。”

事实的确如此，Roche公司的Garippa表示：“我们在其他策略中也采用HTS技术，如用于动物试验之前的去危险化合物过程。”例如，罗氏科学家可能在HERG分析中进行一次哮喘或糖尿病化合物分析。如果化合物堵塞了通道，可能会防碍患者心脏正常工作。“在动物批量试验以及人体临床试验之前，我们采用HTS排除这些毒性问题。”

除了获得更好的化合物，许多公司还利用HTS去获得更好的靶标。例如，默克公司的科学家用全基因组siRNA筛选去鉴定新的靶标。罗氏的Strulovici. Garippa说道：“我们敲除基因，一个接一个的敲除，去发现新目标和通道。”罗氏科学家还采用siRNA去筛选更好的目标。“采用siRNA，我们可以敲除许多新药物靶标，观察细胞的表型是如何发生变化的。”

扩大影响

Hartman认为，虽然有一些制药公司可能会认为HTS的效果不如预期的好，但下这种结论还为时过早。他说：“今天，我们看到，AstraZeneca公司研发中的很大部分化合物就是以HTS技术为基础开始研究的。”

HTS结果也促进了新疗法的产生。Garippa指出，最新分析的质量控制通常都起源于HTS。“目前，我们拥有生化和细胞分析的质量控制标准，这些都是以前没有的。”他还提到，HTS改善了试验步骤，使之最优化。“现在，处理过程更精细了，不只是把分离的化合物作为一种抑制剂或者是催化剂。”

部分HTS进展来自于科学家之间的广泛合作。例如，默克与宾夕凡尼亚州医学院的Gideon Dreyfuss开展的合作。他鉴定了脊肌萎缩症患者有关的细胞，之后，默克公司的科学家对那些细胞内给定的靶标进行了筛选，分离鉴定化合物。这也有助于Dreyfuss去研究脊肌萎缩症疾病。虽然默克公司为Dreyfuss免费提供筛选结合以及先导化合物，它自己也收益菲浅。Strulovici表示：“我们知道，有时，我们不是对每个目标都很了解，但是我们的合作伙伴却是这方面的专家。合作对双方都有利。”

实际上，高通量过程本该被看作是一个共同努力的结果。尤其可以把HTS看作是对付疾病的有力武器，而不仅仅是挽救制药业的灵丹妙药。正如Strulovici所说，人们认为他们能找到天使，并且能解决世界上的所有问题。对于技术来说也同样如此。