高通量篩選技術(shù)在藥物研究方面的應用

　　在平平淡淡的日常中，大家都跟論文打過(guò)交道吧，借助論文可以達到探討問(wèn)題進(jìn)行學(xué)術(shù)研究的目的。那么，怎么去寫(xiě)論文呢？下面是小編為大家收集的高通量篩選技術(shù)在藥物研究方面的應用論文，希望對大家有所幫助。

　　摘要：

　　目的

　　對高通量篩選技術(shù)常用的儀器設備、檢測方法以及高通量篩選技術(shù)在藥物研究領(lǐng)域的應用進(jìn)行綜述。

　　方法

　　對國內外發(fā)表的有關(guān)文獻加以歸納、總結。

　　結果

　　高通量藥物篩選技術(shù)在藥物研究中具有重要的研究?jì)r(jià)值、自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢，是一種用于尋找新藥的高新技術(shù)。

　　結論

　　高通量篩選技術(shù)在藥物研發(fā)方面展現出了廣泛的應用前景。

　　關(guān)鍵詞：高通量篩選技術(shù)；藥物研究；應用

　　當前，由于環(huán)境問(wèn)題、污染問(wèn)題以及飲食問(wèn)題引起的“現代病”越來(lái)越多，并且越來(lái)越復雜，人類(lèi)對藥物的需求不斷增加，傳統的篩選藥物已不能適應社會(huì )的需要。因此，快速、高效率、大規模的篩選藥物技術(shù)已經(jīng)成為人們研究的重要領(lǐng)域，由此產(chǎn)生了高通量藥物篩選技術(shù)(HighThroughputScreening，HTS)。

　　1.高通量篩選技術(shù)

　　隨著(zhù)組合化學(xué)的出現，藥物篩選者面臨著(zhù)愈來(lái)愈多的新靶標或潛在的有效成分，高通量篩選技術(shù)就在此背景下應運而生。具體而言，高通量篩選技術(shù)(HighThroughputScreening，HTS)是20世紀80年代出現的新的藥物篩選方法，它以分子水平和細胞水平的實(shí)驗方法為基礎，以微板形式為實(shí)驗工具載體，以自動(dòng)化操作系統執行實(shí)驗過(guò)程，以靈敏快速的檢測儀器采集實(shí)驗數據，以計算機對數以千計的樣品驗數據進(jìn)行分析處理，并以得到的相應數據庫支持整體運轉的技術(shù)體系[1]。它應用了基因科學(xué)、蛋白質(zhì)科學(xué)、分子藥理學(xué)以及微電子技術(shù)等多學(xué)科理論和技術(shù)，以及與疾病有關(guān)的酶和受體作為靶點(diǎn)，對天然和合成化合物進(jìn)行活性檢測并在此基礎上進(jìn)行篩選[2]。該技術(shù)的應用極大地提高了對目標分子、活性物質(zhì)以及藥物的篩選速度，具有微量、快速、靈敏和準確等特點(diǎn)。簡(jiǎn)而言之，就是通過(guò)一次實(shí)驗可以獲得大量有價(jià)值的藥物信息。

　　2.高通量藥物篩選常用的儀器設備

　　由于高通量篩選技術(shù)采用的是細胞、分子水平的篩選模型，其具有樣品數量大、樣品用量少、體積容量小等特點(diǎn)，因此，僅依靠傳統的實(shí)驗方法和手工操作不可能實(shí)現高通量藥物篩選，必須借助自動(dòng)化的儀器設備�，F根據儀器設備的功能和用途，可將高通量藥物篩選技術(shù)設備分為四大類(lèi)，即樣品處理設備、實(shí)驗操作設備、結果檢測設備和相關(guān)配套設備[3]。

　　2.1樣品處理自動(dòng)化設備

　　高通量篩選是一種利用已有的化合物進(jìn)行體外隨機篩選，篩選時(shí)首先需要具備一個(gè)高容量的化合物樣品庫�；�合物樣品主要有人工合成和從天然產(chǎn)物中分離純化兩個(gè)來(lái)源。因此，通過(guò)高通量藥物篩選發(fā)現先導化合物(leadingcompounds)的有效性就取決于化合物樣品庫中化合物的數量和質(zhì)量�；�合物樣品的數量是指不同樣品的數量，其質(zhì)量主要由化合物結構的多樣性決定。目前，高通量藥物篩選的樣品處理設備有多種類(lèi)型，大多是在計算機控制下完成樣品的處理過(guò)程，主要包括對樣品進(jìn)行自動(dòng)化標記、識別稱(chēng)量、溶解、稀釋、揀選和轉移等[4]。

　　2.2藥物篩選自動(dòng)化實(shí)驗操作設備

　　高通量藥物篩選技術(shù)的自動(dòng)化操作設備，又稱(chēng)為實(shí)驗室自動(dòng)化工作站，一般由計算機控制系統、實(shí)驗操作系統和檢測系統等部分組成[5]。

　　2.2.1計算機控制系統高通量藥物篩選的特點(diǎn)是針對數以萬(wàn)計的化合物樣品進(jìn)行多模型的篩選。因此，計算機控制系統中的多種設備各有其專(zhuān)用的計算機軟件，可根據篩選實(shí)驗的實(shí)際操作步驟和要求，編制用于特定的篩選實(shí)驗控制程序，使自動(dòng)化操作設備完成篩選操作任務(wù)[6]。該系統具有四個(gè)方面的功能：

　�、贅悠穾斓墓芾砉δ�，主要針對高通量藥物篩選時(shí)化合物樣品的各種理化性質(zhì)進(jìn)行存儲管理；

　�、谏�物活性信息的管理功能，具體是貯存每一化合物經(jīng)過(guò)不同模型檢測后的結果，并根據多個(gè)模型的檢測結果對化合物的生物活性進(jìn)行綜合評價(jià)；

　�、鄹咄�量藥物篩選的服務(wù)功能，主要是對與藥物篩選相關(guān)的檔案管理、樣品標簽打印等進(jìn)行管理，使高通量藥物篩選的各個(gè)環(huán)節程序化、標準化；

　�、芩幬镌O計與藥物發(fā)現功能，主要針對高通量藥物篩選產(chǎn)生的大量化合物結構信息和生物活性信息進(jìn)行構效關(guān)系分析，從而為藥物設計提供可靠的參考依據。

　　2.2.2實(shí)驗操作系統

　　實(shí)驗操作系統是指執行程序指令的機械部分，可利用計算機操作軟件控制整個(gè)實(shí)驗過(guò)程。該系統采用微孔板作為反應容器，不同的微孔板以條形碼加以標記，通過(guò)光電閱讀器對特定的微孔板上的特定位置進(jìn)行操作，并將操作結果及相關(guān)數據存貯在計算機內，篩選結果準確、快速。為保證篩選實(shí)驗的順利進(jìn)行，根據需要實(shí)驗操作系統中可配置樣品的加樣、溫解、離心、分離、清洗、檢測等部件[6]。

　　2.2.3檢測系統

　　快速、高靈敏度的檢測技術(shù)是高通量藥物篩選的關(guān)鍵技術(shù)之一。高通量的藥物篩選自動(dòng)化操作設備中，結果檢測是通過(guò)與自動(dòng)化工作站連接的檢測儀器完成的。因此，無(wú)論應用何種檢測儀器，都必須實(shí)現與自動(dòng)化工作站的對接，將處理完畢的實(shí)驗載體轉移到檢測儀器中進(jìn)行檢測，以獲得最終的原始篩選數據[7]。

　　2.3高通量藥物篩選檢測儀器

　　高通量藥物篩選檢測儀器是用于高通量藥物篩選過(guò)程中檢測樣品生物活性的分析儀器。根據藥物反應過(guò)程中生物活性變化產(chǎn)生的信號特點(diǎn)，高通量藥物篩選儀器可分為多種類(lèi)型，如放射活性檢測儀、熒光檢測儀、化學(xué)發(fā)光檢測計數器、寬譜帶分光光度儀等。

　　2.3.1放射活性檢測儀

　　用于高通量藥物篩選的光學(xué)檢測儀是在早期的酶標儀基礎上發(fā)展起來(lái)的，其靈敏度和檢測效率均高于傳統的酶標儀。其表現在儀器體積變小，檢測靈敏度提高，可以對96孔板、384孔板或以薄膜為載體的實(shí)驗結果進(jìn)行檢測，極大的減少了同位素的用量和閃爍液的用量。該儀器主要用于檢測放射活性的強度，用于放射性同位素標記物質(zhì)生物活性指示劑的實(shí)驗結果檢測等[8]。

　　2.3.2熒光檢測儀

　　近年來(lái)熒光技術(shù)和化學(xué)發(fā)光技術(shù)在高通量的藥物篩選領(lǐng)域應用越來(lái)越多，因此測定的儀器也應用而生并且快速發(fā)展。其不僅可以檢測各種型號的微板，而且可檢測各種類(lèi)型的熒光，如熒光偏振檢測法、熒光共振能量轉移檢測法、均相時(shí)間分辨熒光檢測等[9]。

　　2.4相關(guān)配套設備

　　高通量藥物篩選通常是針對大量的藥品進(jìn)行篩選，整個(gè)過(guò)程中涉及的相關(guān)配套儀器很多，如條碼編制、打印、識別等，以用于樣品管理、實(shí)驗載體管理和篩選結果管理等，具體可根據實(shí)驗室的條件和篩選的規模等裝備配置[10]。

　　3.高通量藥物篩選常用的檢測方法

　　為適應高通量藥物篩選技術(shù)的要求，將藥物與分子、細胞間的相互作用結果靈敏的以各種可視形式反映出來(lái)，從而達到評價(jià)樣品藥用價(jià)值的目的，常用的檢測方法有比色檢測法、熒光檢測法、放射活性檢測法、分光光度檢測法、核磁共振檢測法等[11]。

　　3.1比色檢測法

　　比色檢測法主要用于檢測具有吸光性物質(zhì)的濃度，根據光線(xiàn)經(jīng)過(guò)檢測樣品被吸收的程度，計算吸光物質(zhì)的含量，具體包括可見(jiàn)光和紫外光的比色分析，在高通量的藥物篩選中這類(lèi)方法被廣泛的應用[12]。

　　3.2熒光檢測法

　　熒光檢測法基于多數熒光基團都有短暫的半衰期，即使用較弱的激發(fā)光源也能獲得大量的光子流。近年來(lái)，除了常規的熒光檢測又研發(fā)出許多新的熒光檢測方法，可以在短時(shí)間內同時(shí)測定熒光的強度和變化，使熒光檢測法的用途更加廣泛。例如采用連續的激發(fā)光譜和測定光譜取代固定光譜，使模型的建立更具備靈活性；利用脈沖激發(fā)光源和相關(guān)調節技術(shù)，可在樣品熒光信號采集之前讓背景熒光信號消失等，大大地提高了檢測的效果[13]。

　　3.3放射活性檢測法

　　同位素標記放射活性檢測技術(shù)在藥物研究中應用了幾十年，放射活性液閃計數的實(shí)驗方法仍具有廣闊的應用前景，特別是用于高通量檢測儀器能夠靈敏的在96孔板和384孔板上測定微量物質(zhì)的放射活性。如韓闖等人[14]將放射性檢測法應用到研究體內的生理生化反應、各種化合物的結合與分布、信號傳導通路等試驗中；美國學(xué)者GanieSM在高通量藥物篩選研究中，采用親和閃爍(SPA)檢測方法，通過(guò)親合結合，將放射性配基結合到具有受體的閃爍球上，從而產(chǎn)生光子，減少了放射配體標記分析中的游離配基與結合配基的分離過(guò)程，使得放射配基分析可完全以自動(dòng)化的方式進(jìn)行[15]。

　　3.4分光光度檢測法

　　分光光度檢測法與熒光檢測法的原理基本一致，即通過(guò)測定物質(zhì)在特定波長(cháng)或一定的波長(cháng)范圍內的吸光度來(lái)對物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析[14]。為了適應高通量藥物篩選，許多公司生產(chǎn)了具備計算機接口并能對多孔板進(jìn)行同時(shí)檢測的分光光度計。如以Molecular Device公司的spectra190為例[15]，采用8條光導纖維同時(shí)對8孔進(jìn)行測定，測定波長(cháng)以2nm為間隔，對未知物質(zhì)在190nm～850nm間進(jìn)行掃描，以確定其特征吸收光譜，大大增加了建立模型的多樣性。

　　3.5核磁共振檢測法

　　核磁共振檢測法在化合物結構測定方面發(fā)揮了重要的作用，現已成為藥物化學(xué)研究特別是天然產(chǎn)物化學(xué)研究中主要的技術(shù)手段之一。它不僅可以提供比其他生物活性檢測方法更多的信息，同時(shí)在藥物作用機理的研究中，發(fā)現該方法在研究小分子化合物與生物大分子相互作用時(shí)具有明顯的優(yōu)勢[16，17]。

　　4.高通量篩選技術(shù)在藥物研發(fā)方面的應用

　　4.1高通量篩選技術(shù)在微生物制藥中的應用

　　一般微生物代謝產(chǎn)物化合物庫的高通量篩選過(guò)程為首先構建適宜的高通量篩選模型，再利用微量滴定板對微生物代謝產(chǎn)物庫中的化合物進(jìn)行高通量篩選，通過(guò)相應的檢測技術(shù)篩選目標化合物，以期發(fā)現具有不同生理活性的微生物先導化合物和獲得具有某一特定性質(zhì)的菌株。篩選過(guò)程中，開(kāi)發(fā)合適的培養基，對微生物進(jìn)行適宜的微量滴定板的縮小化培養以便微生物菌株生長(cháng)繁殖，然后利用多種檢測技術(shù)對目的產(chǎn)物的濃度或菌株的各項生理生化指標進(jìn)行測定，最終可獲得目標菌株[18，19]。

　　4.2高通量篩選技術(shù)在民族藥物研究中的應用

　　民族藥是中國少數民族特色醫藥的簡(jiǎn)稱(chēng)，具有獨特的理論體系、豐富的臨床經(jīng)驗，其活性高、療效確切、毒副作用小，是祖國醫學(xué)寶庫中的瑰寶。但民族藥也存在品種繁多、資源海量、作用機制不清的特點(diǎn)，因此，為充分發(fā)揮民族藥的傳統優(yōu)勢，還必須借助高通量、高信息藥物篩選技術(shù)，使其提高療效、減少毒性、明確靶點(diǎn)[22]。

　　劉慶山等人基于多組分多靶點(diǎn)理論和高通量篩選技術(shù)的民族藥物開(kāi)發(fā)創(chuàng )新思路，采用中壓、高壓制備液相色譜技術(shù)將藥材復方水提物進(jìn)行劃段分離，降低研究目標的復雜性，快速制得可供活性篩選用的樣品庫。然后采用體外篩選的方法，對樣品庫中的樣品進(jìn)行快速活性篩選，選取活性高、毒性小的各段組分進(jìn)行組合與劑量配比考察，組成新的組分配伍復方，并選用適宜的整體動(dòng)物模型將其與原方進(jìn)行對比，最終獲得療效顯著(zhù)提高、毒副作用降低、靶點(diǎn)明確、質(zhì)量可控的民族新藥[23]。

　　4.3高通量篩選技術(shù)在中藥現代化研究中的應用高通量藥物篩選技術(shù)作為藥物研究的新技術(shù)，不僅在藥物篩選、尋找活性化合物的方面具有極大的優(yōu)勢，而且在中藥化學(xué)成分、中藥有效部位及中藥復方的研究方面也發(fā)揮著(zhù)重要的作用。如通過(guò)新型藥理模型的建立可直接認識有效部位的藥理作用，從而進(jìn)行藥物開(kāi)發(fā)；通過(guò)對中藥有效部位的藥理學(xué)研究和生物活性篩選可以尋找活性先導化合物；通過(guò)藥物活性可以來(lái)追蹤有效化學(xué)成分、提高活性化合物的發(fā)現率、提升中藥現代化的研究水平[21]。

　　4.4高通量篩選技術(shù)在創(chuàng )新藥物研究中的應用

　　高通量藥物篩選是體外藥物篩選技術(shù)的發(fā)展與優(yōu)化，它的基本特點(diǎn)是充分利用藥用物質(zhì)資源、在數量龐大的樣品庫基礎上隨機篩選，實(shí)現藥物篩選的規�；�，提高藥物發(fā)現的幾率，提高發(fā)現新藥的質(zhì)量，這種方式是發(fā)現創(chuàng )新藥物的基本要求和新模式。中草藥由于其化學(xué)成分的復雜性，提取物不宜直接用于高靈敏、微量的高通量活性篩選。但如果把平行和序列組合高通量分離技術(shù)應用于中草藥樣品的分離，使復雜樣品按極性快速分離成一些成分組(或單體)，不僅可以克服以上問(wèn)題，而且節省了樣品資源，奠定了“一藥多篩”的物質(zhì)基礎，使提取物中的微量成分得到富集，極大地加快了以中草藥有效物質(zhì)為基礎的創(chuàng )新藥物研究步伐[20]。

　　5.高通量篩選技術(shù)在藥物研究方面的展望

　　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，通過(guò)藥物化學(xué)、分子生物學(xué)、細胞生物學(xué)、數學(xué)、微生物學(xué)、計算機科學(xué)等多學(xué)科理論和技術(shù)的有效結合，不僅實(shí)現了計算機控制的自動(dòng)化，降低了藥物篩選的工作強度及實(shí)驗成本，減少了實(shí)驗操作誤差，而且提高了篩選效率和結果的準確性，擴充了藥物資源的利用度。因此，隨著(zhù)高通量活性篩選技術(shù)研究的不斷深入，必將在未來(lái)藥物研究中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用[24]。

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