药物发现技术

1 药物发现技术Techniquesappliedinthedrugdiscovery 杜冠华药物筛选中心 2 药物发现的技术概况 起源 人类主动寻找药物是创造和应用药物发现技术的开始发展 药物发现技术随科学技术的进步而发展特点 创造性的应用各学科的知识 技术是药物发现的基本特征内容 药物筛选技术是药物发现技术主要组成部分 3 药物发现技术主要类型 4 高通量药物筛选主要研究内容 药物靶点 Drugtargets 基因组学 蛋白质组学 细胞组学提供了条件筛选技术 techniques 方法创新 技术整合 条件优化先导评价 Evaluationofleadcompounds 活性评价 ADME T评价 释药系统评价筛选策略 Strategyfordrugdiscovery 新学科的交叉 多学科的结合 生 药 物信息学 5 1 药物靶点 Drugtargets 研究 基因组学 genomic 功能基因筛选技术 RNAi技术 transgenictechniques蛋白质组学 protenomic 2D电泳技术 疾病相关蛋白 药物差异蛋白 细胞组学 cytanomic 细胞功能信号传导系统研究技术药物靶点研究成为生物 医学 药学研究的热点 6 基因功能筛选程序 基因质粒细胞克隆筛选 时程变化 功能检测表达产物 蛋白功能筛选 基因蛋白功能 7 药物靶点 Drugtargets 研究 药物靶点研究存在的问题功能基因是否可以成为药物靶点 功能蛋白是否为就是药物靶点 如何判定药物靶点 认识药物靶点是研究药物靶点的关键已知靶点分析 8 Figure3 Moleculartargetsofdrugtherapy Classificationaccordingtobiochemicalcriteria Basedonamodernstandardworkofpharmacology themoleculartargetsofallknowndrugsthathavebeencharacterizedassafeandeffectivehavebeencollectedandlistedaccordingtotheirbiochemicalnature 62 J rgenDrews DrugDiscovery AHistoricalPerspective Science2000 287 5640 1960 1964 已知药物靶点生物学分类 9 已知药物靶点基本特点 10 药物靶点的基本特点 药物靶点根据目前已经认识的约500种药物靶点进行分析 药物靶点必须具备的生物学特征主要表现在以下方面 1 属于生物学大分子 通常为蛋白质 可以单独存在或形成聚合体存在 2 具有可以与其他特定结构的物质 外源性或内源性物质 主要为小分子 相结合的部位或位点 3 该物质的结构可以发生变化 而且是在与具有特异性结构的物质结合后发生变化 正常情况下 这种变化通常是可逆的 11 药物靶点的基本特点 药物靶点4 该大分子可以通过结构的变化 在生理条件下发挥生理调节功能 引起机体某些功能或表现的变化 5 该物质结构状态变化产生的生理效应在复杂调节过程或作用通路中具有主导作用 6 病理条件下该物质的表达量 活性 结构或特性可以发生变化 这种变化可以是原发性的量变 也可以是继发性的 7 在体内可能存在内源性与之结合的小分子 内源性配基 或外源性配基 其配基具有药理作用且已经被认识 12 药物靶点研究的基本过程 研究结论 药物靶点 drugtargets 符合全部上述条件候选药物靶点 candidateofdrugtargets 符合除第7条以外的全部条件潜在药物靶点 potentialdrugtargets 符合部分3条以上上述条件功能蛋白 functionalpeotein 符合3条以下上述条件 13 药物靶点研究的基本过程 药物靶点的发现和确证 identificationandvalidation 转基因技术的应用RNA干扰技术的应用配基研究及配基功能研究其他综合技术 靶点确证已成为生物科学研究重点 14 2 HTS筛选技术 HTS设备的更新 操作系统 样品处理 筛选操作 大规模微量系统 15 2 HTS筛选技术 HTS设备的更新 检测系统 成象检测 数字检测 多层次检测 动态检测 分子 细胞 组织 整体 16 HTS筛选技术 均相检测体系成为发展趋势SPA技术的应用荧光技术的应用FP技术时间分辨荧光能量转移荧光生物芯片技术逐渐成熟高内涵筛选开始应用 17 Ideal AssaytheoryCompetitivedisplacementFPassay 18 Detectingparameters LowPolarization HighPolarization LowPolarization 19 TodeterminetheconcentrationofFITC SR 1 20 Todeterminethetimeofincubationandstabilityofthesignal 21 Displacementassay 22 EvaluatingtheFP basedHTS Z value 0 75 Maximallybound Fullydisplaced 23 Screeningresults 24 3 生物芯片技术 生物芯片技术受体蛋白芯片反向蛋白质配基筛选芯片酶活性化合物阵列芯片 25 Surfacesmodifiedwithpolysaccharidefilm Reactionofmodification Thedesiredcombinationofpropertiesofthemultiplexreceptors 26 Figure1 FluorescenceimagesofopioidR A andandrogenR LBD B microspotsafterincubationwithsolutionscontainingnaloxone FITCandFluormoneTMALGreenrespectivelyattheconcentrationof1nMintheabsence i andpresence ii of3 BSAforblockingnonspecificabsorption A i ii B i ii Smoothingdisadvantageof3Dmatrix 27 Figure3 Lox 1receptorfunctionalproteinmicroarraysandtheSignaldensitydependenceofconcentration TheSignaldensityofDil LDL fixedconcentrationis0 04mg ml inmicrospotsareshownfordifferentconcentrationsofLox 1receptor 2 1 0 5 0 25 0 125mg mlfromlefttoright Concentrationdependenceassay 28 Figure4 SaturationprofilesofadrenergicR 2withTMR CGP12177 Rainbowcolors blue red symbolRFU i RFUoftotalandnonspecificblocksincubationwithTMR CGPinconcentrations 5 0 02nM intheabsenceandpresenceofunlabeledpropranolol 1 M ii Dose dependencecurveiii ScatchardanalysisforestimationofthedissociationconstantforCGP i totalnonspecific 29 Figure5 Saturationexperimentdemonstratedbymembranereceptor opioidreceptor i Fluorescenceimagesafterincubationwithnaloxone FITCatdifferentconcentrations 0 2048 20nM intheabsenceandpresenceofunlabelednaloxon 1 M ii Dose dependencecurve iii Scatchardplot i totalnonspecific 30 Figure6 Nuclearreceptorestrogenreceptor i Fluorescenceimagesafterincubationwithsolutionscontainingestradiol BSA FITCatdifferentconcentrations 0 2048 20nM intheabsenceandpresenceofunlabeleddiethylstilbestrol 1 M ii Plotofthefluorescenceintensity iii Scatchardplotforestradiol BSA FITC i totalnonspecific 31 Figure7 AndrogenreceptorLBDandKdvalue i FluorescenceimagesafterincubationwithsolutionscontainingFluromoneatdifferentconcentrations 0 2048 20nM intheabsenceandpresenceofunlabeleddiethylstilbestrol 1 M ii Plotofthefluorescenceintensity iii ScatchardanalysisforKd i totalnonspecific 32 4 HCS筛选技术 高内涵 HCS 筛选开始应用 33 HTS筛选技术 高内涵筛选 34 HCS筛选技术 高内涵筛选 First modern highcontentstaticcellanalysissystemVeryhighcontentModeratespeedVeryhighdatastoragerequiredData basefriendly 35 5 模型评价 信本比 S B信号窗 SW信噪比 S N信号本地变异系数 CVZ 因子 36 Evaluationparameter Z 1 3 free bound mPbound mPfree free SDofMPunderfullyfree bound SDofMPundermaximallybindingmPbound MPundermaximallybindingmPfree MPvalueunderfullyfree 37 6 先导化合物评价 Evaluationofleadcompounds 先导化合物评价关键问题 什么是先导化合物 Penicillin Cortin Propranolol Salicylicacid 38 先导化合物评价 Evaluationofleadcompounds 先导化合物的基本条件 肯定的药理作用特性的明显不足或更高期望结构的可改造类型 39 先导化合物评价 Evaluationofleadcompounds 活性评价 分子细胞功能评价生理作用评价药理学作用评价病理条件下评价 40 先导化合物评价 Evaluationofleadcompounds ADME T评价活性化合物的ADME T优势 41 先导化合物评价 Evaluationofleadcompounds ADME T评价 42 先导化合物评价 Evaluationofleadcompounds 释药系统评价适合于筛选过程的释药系统 43 先导化合物评价 Evaluationofleadcompounds 系统评价 靶点作用强度靶点选择性相应作用表现ADME T品质已知同类研究地位整体动物实验观察 44 7 筛选策略研究 Strategyfordrugdiscovery 1 随机筛选策略 具体评价 积累资料 形成资源 谋取长期发展积累HTS的早期研究策略 希望通过但一靶点的筛选获得药物或先导事实证明 这种方法成功率并不高 但筛选的资料和后期结果具有非常重要的意义 数据库的建立已经开始表现出发展的优势 45 筛选策略研究 Strategyfordrugdiscovery 2 集中目标化合物筛选策略主要集中目标化合物 提高成功率 技术和方法 通过计算机辅助筛选 排除法优于挑选法 46 筛选策略研究 Strategyfordrugdiscovery 集中目标化合物筛选策略 47 筛选策略研究 Strategyfordrugdiscovery 3 集中目标疾病的治疗药物策略 针对疾病进行多方面和多靶点的筛选 通过综合评价的方法获得理想的筛选结果 该策略一般以具体的疾病或某一方面的症状为主要目标 筛选相应的化合物 48 筛选策略研究 Strategyfordrugdiscovery 4 活性提示天然产物研究策略 快速分离 HTS活性评价 提供可能信息 获得明确的活性成分 该策略从1999年开始策划 2000年开始准备和尝试 大规模进行小量连续分离和HTS活性筛