高流通量篩選

作者：文/Mike May 譯/春風    來源:  生物技術世界

眼下的制藥業和生物技術行業如人們預期的那樣，發展十分迅速。其中速度方面的增長多數來自于高通量技術(HTS)――組合了自動控制、機器人以及其他的技術，通過一系列的測試對化合物進行快速分析的方法。在治療業務方面，這些測試通常包括化合物與疾病對象的相互作用過程。AstraZeneca制藥公司副總裁Deborah Hartman表示：“我們將HTS看作是發現先導物的強大引擎。可以用于發現有潛力的新化合物。”

無論是制藥公司還是生物技術公司，都希望那些過程可以發現更多的有潛力的化合物，但實際情況總是低于人們的預期。默克研究實驗室的研究副總裁Berta Strulovici說道：“媒體總是問：‘如果企業投資于這種技術，為什么制藥公司不能獲得更多的藥物？’聽起來也合理，尤其是生物公司或制藥公司使用HTS或超HTS技術的時候。”

對此，Strulovici進行了解釋：“HST只是一個過程。在藥物發現的早期階段，你現在擁有一個更有效，性價比更好的過程，但是研發的其他過程效果仍然不佳，結果就是人們看到的那樣。”雖然HTS可以使藥物發現過程更好更快的運行，但是同時還有許多其他的步驟需要考慮到。

羅氏公司發現技術和細胞化HTS/HCS研究主管Ralph Garippa也贊同這種看法，他說：“希望任何事物馬上發生本質變化，這本身就是一種不切實際的想法。因為藥物發現過程的所有階段并沒有同時發生像HTS那樣程度的革新。”

改善篩選

首先，HTS本身仍然是一個活躍的領域。科學家和公司繼續開發更好的篩選方法。Strulovici表示：“最顯著的是，我們采用技術，使每種分析都小型化，這樣我們就能篩選大量的標本，是一種成本有效方式，而以前每次只能篩選一個目標，成本很高。”默克的標本包括近200萬種化合物，絕大多數公司只選擇自己的目標庫部分，有時候就會把寶貴的候選物排除在外。為了篩選這些化合物，Strulovici和同事采用3,456孔和1,536孔板進行分析。Strulovici自豪的說道：“在10天內，我們就可以完成整個庫的篩選工作。如果用96或384孔板，絕對是做不到的。可能會需要更多的時間，成本也不允許這樣做。”

此外，更好的篩選方法并不一定就得依靠更好的技術。例如，AstraZeneca公司的Hartman表示，改良過程就是基于公司更好的組織團隊。“我們已經在研究部門的跨學科、發現引導物團隊中完全整合了HTS，團隊間通過一個內部的網絡共享最好的操作過程，并且一起對新技術進行評估。”AstraZeneca正在采用新技術，如acoustic nanoliter dispensing。采用這種系統，科學家可以依次進行一系列的化合物測試，然后機器人系統自動回收化合物，并且進行分析預備操作。將含有冷藏細胞的小孔與這種分配方法相結合，就簡化了細胞分析過程。Hartman稱：“最終結果是增強了效率，并且顯著減少了所用化合物的量。”

一些公司也用新的方式對現有的技術進行組合改造。例如，Applied Biosystems公司和MDS Sciex合資生產的FlashQuant工作臺，在一臺三級四極桿質譜分析儀上采用MALDI和多級反應監測模式以獲得高通量的小分子定量能力。Applied Biosystems公司藥物部主任Tamara Bond表示：“關鍵在于速度。”據公司稱，在小分子定量方面，與當前分析速度最快的液相—三級四極桿質譜儀相比，新產品的速度提高了25倍。“這種系統可以像微陣列或平板讀取器一樣進行樣品進樣，一次可以進行多重點樣。以前是無法做到這一點的。”新產品為制藥公司在進行化合物篩選時提供無與倫比的分析速度，同時該儀器也將顯著提高藥物研發早期階段的通量效率，降低先導化合物的失敗率。

但是用MALDI作為小分子的MS分析遇到許多問題。Bond表示：“當你調查小分子時，會有許多矩陣干擾，”平板中的MALDI矩陣引起噪音。“看不到化合物就無法進行定量”。為了解決這個問題，Applied Biosystems公司和MDS Sciex的科學家確定了一個非干擾矩陣。

FlashQuant首先聚焦在ADME方面，ADME指藥物發現過程中開發化合物的吸收、分布、代謝和排泄過程。可以確定一個化合物是否具有成為好藥優良特性。這一過程越快，FlashQuant就能越早的除去劣質化合物。

其他公司也把目標對準了ADME中的的HTS，以及藥物發現過程的其他步驟。Hartman稱：“我們采用HTS技術對ADME中的化合物進行大規模選擇，也可以應用于安全和毒性方面的分析。用HTS去鑒定具有安全或毒性易感性的化合物，可以在早期就能及時發現。然后，這些化合物可能被去除，或者被進一步開發。這樣，就可以讓優良的先導物進入臨床試驗。”

超越篩選

現在，生物技術公司和制藥公司可以快速的篩選許多化合物，這些公司希望可以加快隨后開展的工作，這也表明篩選不僅僅是一次采樣――與平板小孔中的化合物相互作用的過程。Strulovici表示：“我們采用原始采樣的技術，消除脫靶效應以及各種假象，如與分析有關的人工假象。”默克科學家也希望每次試驗能發現更多的內容。Strulovici認為，添加微量熱法和細胞顯微鏡檢查法這些技術，增加了采樣的內容。“因此，當我們把相關數據提交給治療部門時，他們可以知道哪些化合物對他們有用。總之，HTS將促進研發過程。”

事實的確如此，Roche公司的Garippa表示：“我們在其他策略中也采用HTS技術，如用于動物試驗之前的去危險化合物過程。”例如，羅氏科學家可能在HERG分析中進行一次哮喘或糖尿病化合物分析。如果化合物堵塞了通道，可能會防礙患者心臟正常工作。“在動物批量試驗以及人體臨床試驗之前，我們采用HTS排除這些毒性問題。”

除了獲得更好的化合物，許多公司還利用HTS去獲得更好的靶標。例如，默克公司的科學家用全基因組siRNA篩選去鑒定新的靶標。羅氏的Strulovici. Garippa說道：“我們敲除基因，一個接一個的敲除，去發現新目標和通道。”羅氏科學家還采用siRNA去篩選更好的目標。“采用siRNA，我們可以敲除許多新藥物靶標，觀察細胞的表型是如何發生變化的。”

擴大影響

Hartman認為，雖然有一些制藥公司可能會認為HTS的效果不如預期的好，但下這種結論還為時過早。他說：“今天，我們看到，AstraZeneca公司研發中的很大部分化合物就是以HTS技術為基礎開始研究的。”

HTS結果也促進了新療法的產生。Garippa指出，最新分析的質量控制通常都起源于HTS。“目前，我們擁有生化和細胞分析的質量控制標準，這些都是以前沒有的。”他還提到，HTS改善了試驗步驟，使之最優化。“現在，處理過程更精細了，不只是把分離的化合物作為一種抑制劑或者是催化劑。”

部分HTS進展來自于科學家之間的廣泛合作。例如，默克與賓夕凡尼亞州醫學院的Gideon Dreyfuss開展的合作。他鑒定了脊肌萎縮癥患者有關的細胞，之后，默克公司的科學家對那些細胞內給定的靶標進行了篩選，分離鑒定化合物。這也有助于Dreyfuss去研究脊肌萎縮癥疾病。雖然默克公司為Dreyfuss免費提供篩選結合以及先導化合物，它自己也收益菲淺。Strulovici表示：“我們知道，有時，我們不是對每個目標都很了解，但是我們的合作伙伴卻是這方面的專家。合作對雙方都有利。”

實際上，高通量過程本該被看作是一個共同努力的結果。尤其可以把HTS看作是對付疾病的有力武器，而不僅僅是挽救制藥業的靈丹妙藥。正如Strulovici所說，人們認為他們能找到天使，并且能解決世界上的所有問題。對于技術來說也同樣如此。