多年來,,全球?qū)W⒂谘邪l(fā)的制藥企業(yè)對更快、更好地開發(fā)出適用于臨床藥物的技術(shù)非常感興趣,,而且為之不斷付出很大的努力,。遺憾的是,曾被認(rèn)為使發(fā)現(xiàn)過程更合理,、更有效的技術(shù)并未能夠達(dá)到它原先的設(shè)想,。事實是,盡管藥物研發(fā)的花費逐年增加,,但真正進(jìn)入到市場的新產(chǎn)品數(shù)目并沒有相應(yīng)見長,。這使得一些制藥公司不得不重新考慮該以什么樣的方式來篩選新藥,同時,,考慮是否應(yīng)該直接介入到研發(fā)的全過程,。
高通量篩選的巨能
上世紀(jì)90年代中期之前,新藥發(fā)現(xiàn)的方式主要是通過高通量篩選(HTS),。高通量篩選被視為原先各種繁重的體外和體內(nèi)藥理活性試驗的合理替代,,也就是嚴(yán)重依賴機(jī)器人對液體處理裝置、自動化檢測設(shè)備和計算機(jī)控制來研究新分子和感興趣生物靶標(biāo)之間的相互作用,。與高通量篩選相匹配的是采用所謂的組合化學(xué)方法,。
組合化學(xué)方法排除了對單個化合物進(jìn)行研究的傳統(tǒng)方法,而代之以同時研究數(shù)百甚至數(shù)千個實驗室合成并儲存在巨型庫內(nèi)的化合物,。組合化學(xué)方法的出現(xiàn),,催生出一些新公司的誕生,,這些公司唯一的使命就是創(chuàng)建組合庫,然后轉(zhuǎn)讓給藥物發(fā)現(xiàn)公司,,供這些公司對感興趣的靶標(biāo)進(jìn)行篩選,。因此,如果沒有高通量篩選技術(shù),,就不可能篩選數(shù)目如此巨大的化合物,,高通量篩選的應(yīng)用進(jìn)一步推動了研發(fā)過程中其他一些方面的進(jìn)展。
值得一提的是,,人基因組項目的完成,、技術(shù)的進(jìn)步,如更小型化(從最初的96孔板,,發(fā)展到384,、1536乃至456孔板),也幫助保持HTS作為新藥發(fā)現(xiàn)主要技術(shù)的動力,。其他的技術(shù)進(jìn)步(包括新的感覺技術(shù))如定量蛋白質(zhì)分子與候選藥物結(jié)合時發(fā)生的變化的差示掃描量熱法或光散射測量,。
然而,就尋找新活性分子而言,,高通量篩選產(chǎn)生難以應(yīng)付的大量額外數(shù)據(jù),,它并不比大海撈針更易。這使得許多制藥公司壓縮他們的高通量篩選計劃,。對于制藥業(yè),可能采取的替代戰(zhàn)略是購入許可證和開發(fā)相仿藥物,,但就技術(shù)而論很可能會轉(zhuǎn)向高內(nèi)涵藥物篩選(HCS),。
高內(nèi)涵藥物篩選本質(zhì)上是一種藥物發(fā)現(xiàn)的簡化方法,但它對了解一個特定的分子是否與一個特定的受體或酶存在相互作用可能十分有效,。例如,,受體和酶不能孤立存在,但它們是細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)和相互作用復(fù)雜環(huán)境的一部分,,高內(nèi)涵藥物篩選通過使用活細(xì)胞作為藥物發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)來解決這個問題,,因此,這種技術(shù)的另一個名稱是細(xì)胞基篩選,。高內(nèi)涵藥物篩選的明確特性是,,不是觀察候選藥物在特定的時間瞬間對單一靶標(biāo)的作用,而是使用單一的儀器能在一個空間和時間范圍內(nèi)追蹤若干細(xì)胞內(nèi)過程,。這些過程涉及細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的變化,,如G-蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)信號傳導(dǎo)、激酶介導(dǎo)信號傳導(dǎo)和離子通道信號傳導(dǎo),。例如,,GPCR激活能激發(fā)它們進(jìn)入細(xì)胞,。如前所述,這個過程是可視的,,因而,,提供了一個特定候選藥物效率的客觀衡量。
細(xì)胞電解光譜爭寵
盡管原始的高內(nèi)涵藥物篩選采用的是熒光測定鑒定,,但其他測定技術(shù)如細(xì)胞電解光譜的出現(xiàn),,為某些工序提供了更好的選擇。它不需要用熒光劑或其他類型的標(biāo)記物給細(xì)胞作標(biāo)記,,并能同時檢測眾多細(xì)胞信號傳導(dǎo)通道,。目前,這一技術(shù)限用于相對低通量的場合,,但儀器制造商在努力增加通量,。事實上,高內(nèi)涵藥物篩選也可用于基于核酸的過程,,如DNA轉(zhuǎn)錄或RNA干涉,,以及細(xì)胞過程,如細(xì)胞凋亡,、DNA損傷修復(fù)或細(xì)胞分裂發(fā)生,。顯然,對這些情況需要有不同的測定方法,。例如,,可以用測定細(xì)胞內(nèi)DNA降解評估細(xì)胞凋亡。
高內(nèi)涵藥物篩選目前面臨的一個主要問題是,,由于它是一種以影像為基礎(chǔ)的技術(shù),,所以能產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。例如,,一個單一的實驗可產(chǎn)生高達(dá)10TB[萬億字節(jié),;1TB=1000GB]數(shù)據(jù)。目前,,供應(yīng)商正在開發(fā)能處理PB級(1PB=1000TB)數(shù)量數(shù)據(jù)的儀器,,所有這些數(shù)據(jù)必須處理并儲存,顯然,,這要求高內(nèi)涵藥物篩選要有巨大的計算能力,。當(dāng)然還有其他許多的挑戰(zhàn),如需要開發(fā)新的方法來測量有特別興趣細(xì)胞類型(例如免疫系統(tǒng)細(xì)胞)的過程,。