高通量篩選

高通量篩選的實(shí)驗(yàn)方法分子水平和細(xì)胞水平的實(shí)驗(yàn)方法(或稱篩選模型)是實(shí)現(xiàn)藥物高通量篩選的技術(shù)基礎(chǔ)。由于藥物高通量篩選要求同時(shí)處理大量樣品，實(shí)驗(yàn)體系必須微量化，而這些微量化的實(shí)驗(yàn)方法應(yīng)根據(jù)新的科研成果來(lái)建立。第四軍醫(yī)大學(xué)周四元研究認(rèn)為，藥物高通量篩選模型的實(shí)驗(yàn)方法，根據(jù)其生物學(xué)特點(diǎn)，可分為以下幾類:受體結(jié)合分析法;酶活性測(cè)定法;細(xì)胞分子測(cè)定法;細(xì)胞活性測(cè)定法;代謝物質(zhì)測(cè)定法;基因產(chǎn)物測(cè)定法。這些實(shí)驗(yàn)方法，均已廣泛用于藥物高通量篩選中。

高通量篩選的特色效用高通量篩選技術(shù)是將多種技術(shù)方法有機(jī)結(jié)合而形成的一種新技術(shù)體系，它以微板形式作為實(shí)驗(yàn)工具載體，以自動(dòng)化操作系統(tǒng)執(zhí)行實(shí)驗(yàn)過(guò)程，以靈敏快速的檢測(cè)儀器采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)以千計(jì)的樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而得出科學(xué)準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和特色效用。英國(guó)學(xué)者AlanD研究提示，一個(gè)實(shí)驗(yàn)室采用傳統(tǒng)的方法，借助20余種藥物作用靶位，1年內(nèi)僅能篩選75000個(gè)樣品;1997年高通量篩選技術(shù)發(fā)展初期，采用100余種靶位，每年可篩選100萬(wàn)個(gè)樣品;1999年高通量篩選技術(shù)進(jìn)一步完善后，每天的篩選量就高達(dá)10萬(wàn)種化合物。

近年來(lái),光學(xué)測(cè)定技術(shù)在美、英兩國(guó)研究人員在高通量篩選檢測(cè)中，努力進(jìn)行了光學(xué)測(cè)定方法的研究，建立了大量的非同位素標(biāo)記測(cè)定法，如用分光光度檢測(cè)法篩選蛋白酪氨酸激酶抑制劑、組織纖溶酶原激活劑等，均獲得成功。

放射性檢測(cè)技術(shù)美國(guó)學(xué)者GanieSM在高通量藥物篩選研究中，應(yīng)用放射性測(cè)定法，特別是親和閃爍(SPA)檢測(cè)方法，使在96孔板上進(jìn)行的樣本量實(shí)驗(yàn)得到發(fā)展。該方法靈敏度高，特異性強(qiáng)，促進(jìn)了高通量藥物篩選的實(shí)現(xiàn)，但存在環(huán)境污染問(wèn)題。

熒光檢測(cè)技術(shù)美國(guó)學(xué)者GiulianokA研究認(rèn)為，采用FLIPR(fluorometricimagingreadet)熒光檢測(cè)法，可在短時(shí)間內(nèi)同時(shí)測(cè)定熒光的強(qiáng)度和變化，對(duì)測(cè)定細(xì)胞內(nèi)鈣離子流及測(cè)定細(xì)胞內(nèi)pH和細(xì)胞內(nèi)鈉離子流等，是非常理想的一種高效檢測(cè)方法。同時(shí)采用FDSS(Functional Drug Screening System)進(jìn)行實(shí)時(shí)多通道熒光檢測(cè)，96微孔板、384微孔板、1536微孔板一次性加樣，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)熒光強(qiáng)度信號(hào)檢測(cè)，可以進(jìn)行如下應(yīng)用:

·GPCR calcium influx assays

–All calcium wash or non-washing kits (Fluo-4 or Fura-2 based), Premo? Cameleon, Aequorin

·Ion Channel assays

–FMP, VSP, potassium channel (FluxOR?), sodium channel (SBFI and ANG-2), chloride channel (YFP)

·Enzymatic assays

–Prolyl isomerase, GTPase, Kvb

·Transporter assays

·CytoStar-T

·Circadian clock

·Mosquito Odorant Receptors

·Light activated receptor or channel assays

多功能微板檢測(cè)系統(tǒng)由西安交通大學(xué)藥學(xué)院研制的1536孔板高通量多功能微板檢測(cè)系統(tǒng)，目前是國(guó)際上先進(jìn)的高通量檢測(cè)系統(tǒng)，它可使篩選量進(jìn)一步提高，現(xiàn)已在該院投入使用。

AlphaScreen assay應(yīng)用廣泛且擁有眾多優(yōu)點(diǎn)，更優(yōu)化藥物篩檢試驗(yàn)的效果。其操作硬體之限制，導(dǎo)致這實(shí)驗(yàn)方法雖然已研發(fā)數(shù)年，大多數(shù)研究人員并未知曉或廣泛應(yīng)用它。

化學(xué)生物學(xué)研究項(xiàng)目的研究重點(diǎn)是在我們的平臺(tái)上執(zhí)行的篩選與蛋白質(zhì)相互作用的高通量檢測(cè)。為了這個(gè)目的，我們采用AlphaScreen assay(Amplified Luminescence Proximity Homogeneous Assay)，正如它的名字所暗示的，ALPHA屏是基于發(fā)光接近檢測(cè)。

AlphaScreen技術(shù)主要優(yōu)勢(shì)在于待測(cè)物質(zhì)的范圍寬泛，從小分子到大型復(fù)合物;均相體系、快速、穩(wěn)定，靈敏度更高;AlphaScreen檢測(cè)也不需要熒光標(biāo)簽的引入，避免了空間位阻影響生物分子的相互結(jié)合;可用于檢測(cè)生物學(xué)粗提物例如細(xì)胞裂解物、血清、血漿、體液等，而不會(huì)影響測(cè)讀效果。

AlphaScreen技術(shù)主要的限制在于反應(yīng)體系對(duì)于強(qiáng)光或是長(zhǎng)時(shí)間的室內(nèi)光敏感;其次，某些化合物對(duì)于單體氧分子的捕獲會(huì)降低光信號(hào);供體珠光漂白效應(yīng)使得信號(hào)檢測(cè)以單次為佳。與ECL、FMAT技術(shù)相似，AlphaScreen也需要高能激光器;同其他技術(shù)相比，AlphaScreen對(duì)于檢測(cè)儀器平臺(tái)有要求。

我國(guó)進(jìn)行藥物高通量篩選的優(yōu)勢(shì)首先是化合物來(lái)源廣泛，且多為天然;其次是對(duì)化合物生物活性的篩選目的較明確，無(wú)目的合成的化合物較少;第三，我國(guó)傳統(tǒng)藥物為篩選研究提供了一個(gè)巨大的資源庫(kù)，可從中藥中提取分離篩選新的化合物。這些優(yōu)勢(shì)為藥物的高通量篩選打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

我國(guó)藥物高通量篩選初現(xiàn)規(guī)模:藥物高通量篩選工作在我國(guó)起步較晚，且不規(guī)范。近幾年，我國(guó)進(jìn)行了外引內(nèi)聯(lián)的整體化、規(guī)?；A(chǔ)建設(shè)，已初見(jiàn)成效。1996年中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院引進(jìn)國(guó)內(nèi)第一臺(tái)Bionek2000型實(shí)驗(yàn)自動(dòng)化工作站;1998年又引進(jìn)全國(guó)第一臺(tái)Topcount微量閃爍計(jì)數(shù)器，使放射配基實(shí)驗(yàn)、放射免疫實(shí)驗(yàn)等技術(shù)微量化、自動(dòng)化。上海藥物研究所、北京軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院分別成立了藥物篩選專門(mén)機(jī)構(gòu)，開(kāi)始從事大規(guī)模篩選工作。西安交通大學(xué)藥學(xué)院賀浪沖教授首創(chuàng)的細(xì)胞膜色譜(CMC)為化合物的體外高通量篩選提供了高選擇性、高特異性、高效率的篩選手段。CMC已成功用于鈣離子拮抗劑受體配體結(jié)合反應(yīng)的研究，目前正在進(jìn)行心血管化學(xué)合成藥物的高通量篩選和中藥有效部位及有效成分的尋找。今年將利用分子生物學(xué)方法建立CMC自動(dòng)化篩選體系，促進(jìn)我國(guó)藥物高通量篩選技術(shù)的全面發(fā)展。

高通量篩選技術(shù)，是目前藥物篩選領(lǐng)域研究的重要課題，近年來(lái)，對(duì)它的研究應(yīng)用雖然已取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但仍然存在許多難題，如體外模型的篩選結(jié)果與整體藥理作用的關(guān)系;對(duì)高通量篩選模型的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及新的藥物作用靶點(diǎn)的研究和發(fā)現(xiàn)等。隨著醫(yī)藥學(xué)的進(jìn)步，高通量篩選技術(shù)在創(chuàng)新藥物的研發(fā)中，一定會(huì)開(kāi)拓出更廣闊的空間。

高通量篩選時(shí)每天要對(duì)數(shù)以千萬(wàn)的樣品進(jìn)行檢測(cè)，工作枯燥，步驟單一，操作人員容易疲勞、出錯(cuò)。自動(dòng)化操作系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)及其操作軟件、自動(dòng)化加樣設(shè)備、溫孵離心設(shè)備和堆棧4個(gè)部分組成。自動(dòng)化操作系統(tǒng)代替人工操作顯然有諸多優(yōu)勢(shì)，它利用計(jì)算機(jī)通過(guò)操作軟件控制整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，編程過(guò)程簡(jiǎn)潔明了。

充分利用藥用資源 由于高通量篩選依賴數(shù)量龐大的樣品庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了藥物篩選的規(guī)?；?，較大限度地利用了藥用物質(zhì)資源，提高了藥物發(fā)現(xiàn)的幾率，同時(shí)提高了發(fā)現(xiàn)新藥的質(zhì)量。

微量篩選系統(tǒng) 由于高通量篩選采用的是細(xì)胞、分子水平的篩選模型.樣品用量一般在微克級(jí)(μg)，節(jié)省了樣品資源，奠定了"一藥多篩"的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時(shí)節(jié)省了實(shí)驗(yàn)材料，降低了單藥篩選成本。

高度自動(dòng)化操作 隨著對(duì)高通量藥物篩選的重視程度不斷提高，用于高通量藥物篩選操作設(shè)備和檢測(cè)儀器都有了長(zhǎng)足發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化，減少了操作誤差的發(fā)生，提高了篩選效率和結(jié)果的準(zhǔn)確性。

多學(xué)科理論和技術(shù)的結(jié)合 在高通量篩選過(guò)程中，不僅應(yīng)用了普通的藥理學(xué)技術(shù)和理論，而且與藥物化學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、數(shù)學(xué)、微生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科緊密結(jié)合。這種多學(xué)科的有機(jī)結(jié)合，在藥物篩選領(lǐng)域產(chǎn)生大量新的課題和發(fā)展機(jī)會(huì)，促進(jìn)了藥物篩選理論和技術(shù)的發(fā)展。