药物筛选

一．高通量药物筛选在新药研发中的应用

高通量药物筛选的原理，就是药物多是通过特异地作用于体内的靶点蛋白质（受体、酶、离子通道等）而重新调整病人的生理状态，达到治疗目的。该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，以计算机对实验数据进行分析处理，同一时间对数以千万样品检测，并以相应的数据库支持整体系运转的技术体系。高通量筛选在创新先导物的发现过程中具有高效、快速、微量等特点。

高通量药物筛选的基本模式是以单一的筛选模型对大量样品的生物活性进行评价,从中发现针对某一靶点具有活性的样品。随着人类基因组计划的完成,潜在药物靶点不断被发现,新的药物靶点不断出现,不仅为创新药物的发现提供了机遇,也对高通量筛选效率提出新的要求。

1 高通量药物筛选开发新药的基本过程

药物筛选与新药发现的基本过程由于高通量筛选获得的结果是分子水平或细胞水平的活性结果，多数情况下只能反映出样品的作用机制的信息，并不能完全证明对某种疾病具有防治作用，这是其与传统筛选方法的重要区别。传统的药理学研究一般是首先研究其客体作用进而研究作用机制。而采用高通量筛选方法则是从分子水平开始，这一过程又称作反向药理学。采用高通量筛选方法发现和开发药物一般要经过药物的初筛和复筛、深入筛选、确证筛选过程。

1.1 初筛和复筛

是在分子或细胞水平筛选样品，证明某一样品对该靶点具有药理活性（或亲和力）。初筛以后，选择具有活性的化合物，采用系列浓度，进行同一模型的复筛，阐明其对该靶点的作用特点、作用强度和量效关系，由此发现活性化合物（样品）。

1.2 深入筛选

在初筛和复筛的基础上，将得到的样品，采用与初筛不同但相关的分子、细胞模型作进一步的筛选，包括证明样品的选择性、细胞毒性，以及其他性质。经过深入筛选，为比较全面地评价活性化合物的药用价值提供更充分的实验资料。根据这些资料，并结合活性化合物的化学结构、性质特点，进行综合分析，确定在结构和作用方面具有新颖性和开发价值的化合物，作为先导化合物。同时也可以结合组织器官或整体动物模型，证明其药理作用，为样品提供更加充分的实验依据。

1.3 确证筛选

对深入筛选获得的先导化合物或优化后被选定的活性最好的化合物进行更深入广泛的研究，包括药理作用、药物代谢过程、一般毒性等多方面的筛选，以确定其开发前景。将符合要求的样品确定为药物候选化合物，进入开发研究程序，即临床前研究，为临床研究准备必要的资料。

2 高通量药物筛选技术对药物开发策略的转变

新方法和新技术的应用，必然会对现有的操作方式产生冲击，在药物发现过程中更是如此，由于大量新技术的应用，传统的筛选模式肯定不能适应新技术发挥作用。因此，为了提高成功率和筛选速度，积极应用新技术是必须的，但是，在研究的策略方面不进行调整和改变，就会制约新技术的应用和研究进程的发展，甚至会导致错误的结果。

2.1 随机筛选策略的改变

高通量药物筛选技术的应用，改变了传统的药物发现的模式。由于筛选方法是建立在分子细胞水平，由此来分析药物的治疗作用，必然存在着大量需要解决的问题。分子水平的某点变化，在疾病的病理表现中可能是微不足道的，或是要受到多种干扰。因此，用这种方法发现药物，就必须改变传统的模式，建立全新的新药发现策略建立基于高通量药物筛选技术上的药物发现新模式，需要解决的主要问题是活性的评价、筛选模型与疾病的相关性、影响筛选

模型的可能因素、药物作用系统评价方法等。对每一个建立的高通量药物筛选模型，都需要进行系统的研究，才可能以最有效的方法发现新的药物。

2.2 定向筛选

组合化学技术应用，使活性化合物的结构优化和改造产生了巨大变化，速度和效率大大提高。对于在高通量筛选过程中发现的先导化合物，进行结构优化和改造是发现高质量药物的重要措施。根据药物发现的规律，优化或改造出的新化合物越多，最终发现药物的质量越高，因此，组合化学是使这一过程得到极大的促进。

2.3 分子设计途径

计算机技术在药物发现中的应用有 2 种主要的方式：第1 种方法是通过模拟药物靶点的结构，建立立体的活性位点结构，然后根据活性位点的结构特点，设计可以与活性位点相结合的化合物分子结构，然后采用合成的方法获得化合物，进行生物活性的筛选。经过实际应用，这种方法也出现了新的方式，即计算机筛选方式。第2种方法是在已知的活性化合物或已知的有效药物化学结构基础上，参考药物作用靶点的结构特点，通过合成手段获得化合物后，进行活性筛选，这种方法的目的是获得效果更好的药物。

3 高通量药物筛选技术在新药研究中存在的问题及展望

高通量筛选技术以其快速、灵敏、高特异性等特点，受到国内外药物研究机构的重视，成为了新药发现过程中的主要技术与手段。该技术作为药物筛选的一种方法，它并不是一种万能的手段，特别是在中药研究方面，其局限性也是十分明显的。首先，高通量筛选所采用的主要是分子、细胞水平的体外实验模型，因此任何模型都不可能充分反映药物的全面药理作用；其次，用于高通量筛选的模型是有限的和不断发展的，要建立反映机体全部生理机能或药物对整个机体作用的理想模型，也是不现实的。

4. 高通量筛选的基本特点

高通量筛选的基本特点表现在以下几个方面:

4.1 符合药物发现的基本规律

由于高通量筛选依赖数量庞大的样品库,实现了药物筛选的规模化,较大限度的利用了药用物质资源,提高了药物发现的机率,同时提高了发现新药的质量。

4.2 充分利用药用资源

高通量筛选采用的是细胞、分子水平的筛选模型,筛选实验是在微量筛选系统中完成的,样品用量一般在微克级，节省了样品资源,同时节省了实验材料,降低了单药筛选成本。

4.3 高度自动化操作

随着对高通量药物筛选的重视程度不断提高,用于高通量药物筛选的操作设备和检测仪器都有了长足发展,实现了计算机控制的自动化。自动化仪器的应用,减少了操作误差的发生,提高了筛选效率和结果的准确性。

4.4 多学科理论和技术的结合

在高通量筛选过程中,不仅应用了普通的药理学技术和理论,而且与药物化学、分子生物学、细胞生物学、数学、微生物学、计算机科学等多学科紧密结合。这种多学科的有机结合,在药物筛选领域产生大量新的课题和发展机会,促进了药物筛选理论和技术的发展。

在过去的近十年中,通过提高仪器制造技术、生物检测手段、计算机数据分析软件的功能等,使高通量筛选技术朝着日筛选规模越来越大,速度越来越快的方向发展。目前已经形成了可日筛选10万样次的超高通量筛选技术。但是,高通量药物筛选技术的单靶点单指标的筛选方法,已经不能适应药物发现的需要,而且也不利于对化合物活性的综合评价。在此情况下,以多指标多靶点共同作用为主要特点的高内涵药物筛选技术应运而生。

二．高内涵药物筛选技术和方法