高通量筛选服务

高通量筛选技术简介

• 高通量筛选(HTS)是药物发现中的一个关键技术，用于从化合物库中识别可能成为药物化学优化的候选化合物。该技术体系应用了药理学技术、分子生物学技术、细胞生物学技术、计算机技术、管理技术以及自动化控制技术等，实现了药物筛选的快速、高效、微量化、自动化和规模化。

  随着高通量筛选技术的发展，可以更加快速高效地筛选大量化合物，从而加快药物发现的速度。美迪西生物学和药理学部提供高通量筛选服务，我们拥有强大的级联筛选小分子抑制剂、体外的酶活性和细胞活性检测开发能力。

  美迪西的高通量筛选服务可以做：级联筛选小分子抑制剂；体外酶活性测定；体外细胞活性测定；高通量筛选分析等。

  药物发现中的高通量筛选过程涉及筛选大型化合物库，以找到影响生物靶点的潜在候选化合物。这些候选化合物通常被称为“苗头化合物”^[1]。美迪西生物部拥有超过 3000 种化合物的库，化合物筛选能力可以是 200x384 孔板/周，也可以根据客户的需求进行定制。同时我们与 Selleck、MCE 和 Tocris 等提供化合物库的合作伙伴密切合作。

  高通量筛选过程可以通过各种方法来实现，包括读板器以及相应的软件来处理和分析所获得的数据。一旦发现这些潜在的“苗头化合物”，对高通量筛选数据的进一步分析还可以提供有关第一轮筛选期间获得的这些“hits”的潜在优化的信息^[1]。

级联筛选—小分子化合物抑制剂

• 级联筛选是药物发现过程中识别和选择先导化合物系列的一套测定方法，作为一种多层次的生物化学或药物研究方法，通常用于筛选药物或化合物库以寻找潜在的药物先导化合物。这种方法涉及多个生物学活性的级别，以便筛选潜在的药物目标。在这个过程中，可能会发现一些具有潜力的"先导化合物"，这些化合物可以进一步开发成为新药物。

  

  开发小分子抑制剂需要强大的级联筛选，来有效地识别与靶蛋白结合的化合物，确定对不需要的相关蛋白的选择性，并在下游功能测定中证明活性。

  靶标验证、分析开发、二次筛选、ADME/Tox 和先导化合物优化等领域越来越多地使用 HTS 技术。

体外酶活性检测

• 酶活性的变化可以快速调节机体的生理功能或病理过程，激酶、蛋白酶和肽酶是最常见的药物靶点。利用酶活性分析技术可以快速、高效地评估化合物对目标酶的抑制能力，从而筛选出具有潜力的候选化合物。

  

  酶活性检测的方法包括酶反应的底物、产物等，反应大多在均相的环境下进行。底物还原测量（ATP、NAD/NADP、SAM、乙酰辅酶A、肽、DNA、RNA 等）- Down 测定产品测量 - Up 测定

• 酶活性检测- 案例 1

  HTRF 测定-均相时间分辨荧光

  
  Donor=Eu and Tb
  Acceptor=XL665
  优点：（1）特异性强，信号本底比（signal/background ratio）高；（2）荧光信号高度稳定；（3）反应均相，通量高。缺点：（1）特异性抗体成本较高； （2）针对特定靶点需要开发特异性抗体。

• 酶活性检测- 案例 2

  ADP-Glo 检测

  
  优点：(1) 灵敏度高；(2) 可以检测激酶以外的酶。

• 酶活性检测- 案例 3

  Z’-Lyte 检测

  
  优点：(1)高信号本底比，高通量；(2)成本低。缺点：(1)无法检测反应机制复杂的酶；(2)难以评价本身有很强的自发荧光的化合物；(3)检测蛋白酶时会出现假阳性数据。

• 酶分析方法开发- 关键因素

  酶分析方法优化和验证常采用酶滴定法、时间进程分析、米式常数测定、DMSO耐受性、Z-prime 测试和化合物验证等。
  

  酶滴定和时间进程分析注：窗口（信号本底比）>3。

  

  ATP Km 和底物 Km注：选择接近Km值的底物浓度
  

  DMSO耐受性：测试测定中可以耐受的最大DMSO浓度。注：DMSO 通常小于 1%

  

  Z’：代表板的均匀性。σ=SD，μ=mean注：Z’>0.5 将作为酶法检测的 QC 标准
  

  化合物验证：使用参考化合物来检测测试的重现性注：IC50应为已发布值的5倍

  Plate layout：

  

  IC50 报告标准最大抑制百分比应大于 50%。最高值和最低值应在理论值的 15% 以内IC50 的 95% 置信限应在 2-5 倍范围内。

体外细胞活性检测

• 细胞活性筛选是新药筛选中的常用方法，在细胞层面上评估化合物的活性和毒性，能够很好地模拟药物在体内的作用情况。基于细胞的检测已在制药行业的药物筛选中占据了一定的地位。这些测定能够通过功能表征潜在药物靶标在细胞中的作用以及评估药物先导化合物的特异性和功效来评估潜在药物靶标^[2]。美迪西的体外细胞检测服务包括：
  表型测定：细胞增殖、迁移、侵袭、凋亡、坏死性凋亡、自噬等。 功能测定：下游信号如蛋白磷酸化、第二信使（Ca²⁺、cAMP、IP3、cGMP）。细胞中的蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）：NanoBiT,NanoBRET,BiFC。
  

  表型测定

  

  第二信使-Ca²⁺

  

  蛋白与蛋白相互作用

• 细胞检测开发 - 细胞毒性测试

  仅使用高通量筛选不能完全评估潜在药物，因为此评估还需要进一步进行毒性研究。相反，高通量筛选对于消除在研究对生物靶标影响很小或没有预期影响的化合物上浪费的时间至关重要。通过利用这种自动筛选过程，可以一起筛选数百万种化合物，并消除没有效果或效果差的化合物^[1]。
  细胞毒性测试需要从细胞接种密度、培养时间、DMSO耐受性、Z-prime test、edge effect、化合物验证几个方面来考虑。

  1. 细胞接种密度

  细胞活力>80%不同细胞密度的板中的种子细胞培养72~96小时，CTG/CCK8检测细胞活力在线性范围内选择 CTG/CCK8 信号的密度窗口（信号本底比）>2

  2. 培养时间

  选择优化的密度和种子细胞在不同时间点孵育细胞/化合物使用 CTG/CCK8 检测细胞活力具有最佳检测窗口和数据质量的时间点将用于进一步的实验窗口（信号本底比）>2
  

  3. DMSO耐受性

  不同剂量的DMSO与细胞孵育72至96小时，CTG法检测细胞活力注意：细胞检测中 DMSO 的含量通常低于 0.5%

  4&5. Z-prime test and edge effect

  QC标准：Z’>0.4，窗口>2通常边缘孔不会用于长期培养

  
  

  6. 化合物验证

  阳性化合物应为参考数据的 5 倍

  Plate layout：

  

  

高通量筛选分析

• 高通量筛选分析流程图

  高通量筛选依靠自动化来快速测试大量化合物，高通量筛选中生成的大量数据需要强大的数据处理和分析工具。专门的软件和算法可以用于处理、分析和可视化结果，使研究人员能够识别潜在的“苗头化合物”或表现出所需活性的化合物。
  1. 测定优化（Z’、测定窗口、DMSO 耐受性、参考化合物测试）2. 将首先对数千种化合物进行试点研究以测试该测定法3.还将建立正交测定法以消除假阳性化合物4. 对数以万计的化合物运行 HTS5. 命中率通常会设置为0.1%到0.5%
  高通量筛选加速了药物发现过程，使其更具成本效益和效率，使研究人员能够快速筛选多种化合物，从而减少识别潜在候选药物所需的时间。HTS 通常是一个迭代过程，包含多轮筛选、命中验证和先导化合物优化。研究人员根据早期筛选的结果和经验来完善他们的化合物库和测定方法。

• 高通量筛选-案例

  PSMA:

  前列腺特异性膜抗原（PSMA）是治疗晚期前列腺癌（PC）和各种实体瘤的有希望的靶标。尽管 PSMA 靶向放射性药物治疗 (RPT) 已实现显着的成像和前列腺特异性抗原 (PSA) 反应，但积累的临床数据开始揭示某些局限性，包括无反应者亚组、复发、放射诱导毒性和 需要专门的管理设施。迄今为止，利用 PSMA 通过抗体、纳米药物或细胞疗法治疗 PC 的非放射性尝试已取得一定成功。 我们开发了高通量 PSMA 酶测定法来鉴定新的 PSMA 调节剂。
  

  底物滴定

  

  参考化合物测试

  Z 因子测试和分析窗口测试

  

  
  使用384孔板进行测定验证，四块板的数据显示Z因子高于0.5，测定窗口高于10倍。

  苗头化合物识别

  

  
  总共使用100 x 384孔板筛选了30,000多种化合物，并在10天内完成，当将PSMA活性抑制设定为50%时，命中率约为0.8%。

总结

• 美迪西拥有强大的化合物检测开发和化合物筛选能力。我们的筛选能力可以是 200x 384 孔/周，或根据客户的需求进行定制。样品是高通量药物筛选的物质基础，样品库来源的化学多样性是决定高通量筛选技术能否成功的关键因素之一。我们与 Selleck、MCE 和 Tocris 等提供化合物库的合作伙伴密切合作，内部拥有超过 3000 种化合物的库。

附录

• 来自 MCE（第三方供应商）的化合物库

  化合物库名称	规格和货号	描述
  50K 多样性库	50K  HY-L901	该库中的化合物通过相异性搜索（谷本相似性系数为 0.52）进行选择，以提供更高的多样性和更广泛的化学空间覆盖范围。
  UORSY筛选库	680K  HY-L0103V	UORSY 筛选化合物库包含约 680,000 种化合物。 该文库是通过聚合合成方法构建的，提供了高度多样化的化学结构。 库中超过85%的化合物具有类药的理化性质，超过35%的化合物具有“lead-like”的性质。
  生物活性化合物库 Plus	20K  HY-L001P	• 生物活性和安全性经临床前研究和临床试验证实。有些已获得 FDA 批准。 • 广泛应用于癌症、干细胞、神经信号、免疫等研究重点领域。
  多肽库	1.1K  HY-L105	• 包括生物活性肽、氨基酸衍生物和封闭肽。 • 多肽药物发现和疫苗开发的有用工具。
  1,000万虚拟类药多样库	10M  HY-L912V	MCE 的 40,662 个 BB，涵盖约 273 种反应类型，生成了超过 4000 万个分子。选择符合 Ro5 标准的化合物。移除掉不适当的化学结构，例如 PAINS 基序和合成上难以获得的结构。 基于摩根指纹图谱进行分子聚类分析，提取靠近每个聚类中心的分子，形成类药物且可合成的多样性库。 这些选定的分子拥有 805,822 个独特的 Bemis-Murcko 支架 (BMS)，具有多样化的化学空间。 强烈推荐该库用于基于人工智能的先导化合物发现、超大规模虚拟筛选和新的先导化合物的发现。
  膜受体靶向化合物库	4.2K  HY-L150	• 4333种膜受体靶向化合物独特集合。 • FGFR、TRP 通道、VEGFR、TNF 受体、阿片受体、5-HT 受体、离子通道等靶点。
  片段化合物库	22K  HY-L032	• 独特的21965 个片段化合物集合，用于通过高通量筛选(HTS) 进行传统先导化合物鉴定。 • 基于片段的药物发现方法(FBDD) 的有用工具。
  中药单体化合物库	2.7K   HY-L065	• 独特的2712 种中药活性化合物集合，用于高通量筛选(HTS) 和高内涵筛选(HCS)。 • 库中的化合物包含糖类和糖苷、苯丙素、醌类、黄酮类、萜类和糖苷、类固醇、生物碱、酚类、酸类和醛类。

  这些库可在 MCE（MedChemExpress，第三方供应商）中找到， 我们可以与 MCE 合作使用它们。 我们拥有的一个是中药单体化合物库。

• 来自 Targetmol（第三方供应商）的化合物库

  名称	规格及货号	简介
  2600万虚拟筛选库	26M	由Targetmol整理的开源数据库，收录了全球主要的筛选化合物产品数据，包含千万级的化合物结构，致力于为全球科研人员提供一个稳定可靠的数据库。
  100K多样性预制化合物库	100K & DS7000	基于160万筛选化合物和130亿类药和类先导化合物的虚拟空间精心挑选而出，旨在提供新颖的化学结构。
  多样性核心预制库	50K & LF1000	精心挑选50000种具有优良理化特性的类药分子，以较小的化合物数量实现结构多样性的筛选目的。这些化合物基于新合成的化合物集合，使用结构差异性方法筛选而出。
  EXP多样性库	50K & CB1100	基于50万类先导和类药化合物集合精心挑选而出，旨在提供多样的化学结构，并呈现出良好的类药和类先导特性，适用于多种研究目的使用
  药物靶点库	53K & DO1200	基于“靶点多样性”概念和现有数据，通过计算机虚拟筛选、结构生物学、体外、细胞和表型预测等多种工具，对Chemdiv 160万个化合物进行筛选，得到5.3万个类药分子，涵盖200多个药物靶点。
  多样性核心库Part1	50K & DF4500	精选5万种化合物，覆盖160万种化合物的结构空间。该库在剔除PAINS、经过REOS和MedChem过滤器后，专注优化化合物结构的多样性。
  代表性核心库（基于Bemis-Murcko Clustering算法）	300K & DD3700	基于Bemis-Murcko-clustering理论生成BMS骨架，经聚类分析、类药性质分析，获得的多样性库。
  DGK抑制剂库	12K & L9920	收集880余种DGK抑制剂分子作为模板分子，然后分别使用3D药效团建模和子结构搜索筛选/生物等排替代方式对160万小分子进行筛选构建而成。
  共价抑制剂库	12K & DO2200	Chemdiv共价抑制剂库旨在覆盖用作共价反应基团的常见弹头，另外从库存的砌块化合物中选取多样的特有和独特结构作为导引头，设计合成各类共价抑制剂。共价抑制剂通用库包含了各类常见的共价反应基团化合物。
  CNS MPO库	30K & DP2250	使用gMPO对Chemdiv 160万库存化合物进行筛选评估，选取评分不低于4的化合物；然后利用药化过滤器进行筛选，结构富集，最终得到此库。
  3D生物活性多样性库	22K & D8800	该库收集的小分子具有较好的核心骨架结构、三维空间结构和药效团，展示出广泛的生物学活性，它们潜在的靶标包括酶、膜受体、转录因子、表观遗传调节剂、离子通道、转运蛋白和其他蛋白质，同时具有良好的ADMET性能。该库包括蛋白质抑制剂/激活剂和受体激动剂/拮抗剂，活性化合物具有较低的分子量，较佳的LogP值和较佳的溶解度。
  已知活性化合物库	22K & L4010	已知活性库是 22555 个具有生物活性，能引起细胞、组织甚至个体生物学反应的化合物的集合。包括了正在进行临床前研究的药物分子，临床期的药物分子和已经上市的药物。靶点明确，信息全面，非常适合完成药物功能重定位、小分子诱导细胞分化以及机制研究中蛋白靶点确认等科研工作。
  天然产物库	4533 & L6000	TargetMol天然产物库精选了4533 种天然产物单体，这些天然产物单体来源丰富，结构多样，具有很强的代表性。它们存在于三千余种中草药植物、动物以及微生物中提取纯化的天然来源中，涵盖了五百余种不同骨架结构和千余种靶点受体，大部分成分都达到对照品纯度。不仅如此，库中还包含了众多单价极高的稀有天然产物，性价比高。

  这些库可在Targetmol（TargetMol Chemicals，第三方供应商）中找到， 我们可以与TargetMol合作使用它们。
• 参考文献：
  [1] Coma, I. et al. Process validation and screen reproducibility in high-throughput screening. J. Biomol. Screen. 14, 66–76 (2009).doi: 10.1177/1087057108326664
  [2] Paweł Szymański, Magdalena Markowicz,* and Elżbieta Mikiciuk-Olasik. Adaptation of High-Throughput Screening in Drug Discovery—Toxicological Screening Tests. Int J Mol Sci. 2012; 13(1): 427–452.Published online 2011 Dec 29. doi: 10.3390/ijms13010427

相关实验室

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