药物研发利器之高通量筛选技术

 

高通量筛选(High throughput screening，HTS)技术是指以分子水平和细胞水平的实验方法为基础，以微板形式作为实验工具载体，以自动化操作系统执行试验过程，以灵敏快速的检测仪器采集实验结果数据，以计算机分析处理实验数据，在同一时间检测数以千万的样品，并以得到的相应数据库支持运转的技术体系，它具有微量、快速、灵敏和准确等特点。

高通量筛选技术是20世纪80年代后期发展起来的一种药物筛选新技术，是新药发现技术和方法的一大进步。传统的药物筛选方法是采用药理学的实验方法，通过体内、体外的多种实验方法，评价药用样品的药理活性。但是，由于传统的药理实验方法需要消耗大量样品，使用大量实验动物，参加实验的技术人员具有较熟练的操作技能，而且筛选样品量有限，劳动强度大，不能适应大量样品的同时筛选。高通量药物筛选是在传统的筛选技术基础上，应用先进的分子生物学、细胞生物学、计算机、自动化控制等高新技术，建立的一套更适合于药物筛选的技术体系。

英国学者AlanD研究提示，一个实验室采用传统的方法，借助20余种药物作用靶位，1年内仅能筛选75000个样品；1997年高通量筛选技术发展初期，采用100余种靶位，每年可筛选100万个样品；1999年高通量筛选技术进一步完善后，每天的筛选量就高达10万种化合物。

 

由于药物高通量筛选要求同时处理大量样品，实验体系必须微量化，而这些微量化的实验方法应根据新的科研成果来建立。

根据其生物学特点，可分为以下几类：

1、              受体结合分析法；

2、              酶活性测定法；

3、              细胞分子测定法；

4、              细胞活性测定法；

5、              代谢物质测定法；

6、              基因产物测定法。

这些实验方法，均已广泛用于药物高通量筛选中。

常用的筛选模型都在分子水平和细胞水平，观察的是药物与分子靶点的相互作用，能够直接认识药物的基本作用机制。

分子水平的药物筛选模型：

1、              受体筛选模型

指受体与放射性配体结合模型。以受体为作用靶的筛选方法,包括检测功能反应、第二信使生成和标记配体与受体相互作用等不同类型。

2、              酶筛选模型

观察药物对酶活性的影响。

根据酶的特点,酶的反应底物，产物都可以作为检测指标，并由此确定反应速度。典型的酶筛选包括：

A、            适当缓冲液中孵化；

B、             控制反应速度，如：温度、缓冲液的pH值和酶的浓度等；

C、             单时间点数器，需测量产物的增加和底物的减少；

3、              离子通道筛选模型

细胞水平药物筛选模型：

1、              采用2D细胞培养，观察被筛样品对细胞的作用，传统检测方法反映药物对细胞生长等过程的综合作用。如内皮细胞激活、细胞凋亡、抗肿瘤活性、转录调控检测、信号转导通路。

2、              通过3D细胞培养进行药物筛选，相对于传统的2D培养，更充分考虑到肿瘤体内的微环境和细胞之间的相互作用，模拟体内环境，以减少体内外实验的差异，此外三维肿瘤球聚体与动物移植实体瘤相比，具有重复性强、实验周期短、成本小等优点。

3、              通过分子生物学手段，针对不同靶点构建的细胞筛选模型也能反映药物作用的具体途径和靶标，如针对GPCR受体构建的各种细胞系。

我国进行药物高通量筛选的优势首先是化合物来源广泛，且多为天然；其次是对化合物生物活性的筛选目的较明确，无目的合成的化合物较少；第三我国传统药物为筛选研究提供了一个巨大的资源库，可从中药中提取分离筛选新的化合物。这些优势为药物的高通量筛选打下了坚实基础。

王晶等以药用真菌桑黄为研究对象，应用甲醇为溶剂提取其有效成分，进一步采用微孔读板法评价桑黄提取物的抗氧化活性。王莉等构建人源胱硫醚β合酶CBS△516 -525体外高通量筛选模型，在基础酶活水平，筛选天然产物库，发现新型、高效且特异的CBS 天然产物抑制剂。姜玉环等采用荧光偏振高通量筛选的方法进行PLK1 PBD小分子抑制剂的筛选，筛选出一个有望成为靶向PLK1 PBD 的抗肿瘤先导化合物。杨秀颖等则另辟蹊径采用肿瘤细胞联合正常成纤维细胞筛选评价中草药提取物特异性抗肿瘤作用，成功发现该方法有利于发现高效、低毒抗肿瘤中草药提取物。

药物筛选模型是发现新药的重要手段，随着细胞生物学、分子生物学等的发展，建立高通量筛选模型可以在短时间内完成对大量候选化合物的筛选，成为创新药物开发的主要方式，必将促进高新技术和科学研究成果在医药科学研究中的广泛应用，推动医药研究的进程。

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参考资料：

1、微孔读板法快速评价桑黄提取物抗氧化活性---王晶等《中国食品添加剂》2017年第8期

2、胱硫醚β合酶天然产物抑制剂的高通量筛选---王莉等《生物技术》2017年4月

3、以PLK1 PBD为靶点小分子抑制剂的筛选及抗肿瘤活性研究---姜玉环等《药学学报》2017年52期

4、特异性抗肝癌单味中草药提取物的高通量筛选---杨秀颖等《中国药理学与毒理学杂志》2016年3月

5、药物高通量筛选技术应用研究进展---路群、顾觉奋《今日药学》2010年01月

6、高通量药物筛选---https://baike.so.com/doc/388351-411183.html