组合化学和高通量筛选.ppt

第九章,组合化学和高通量筛选,第一节,组合化学,一、组合化学的基本原理,Combinatorialchemistry将一些基本小分子构建模块（buildingblock，如氨基酸、核苷酸以及化学小分子）通过化学或生物合成的手段，将他们系统的装配成不同的组合，由此得到大量具有结构多样性特征的分子，从而建立化学分子库的方法,组合化学,肽的合成,用20种天然氨基酸合成肽，组合起来有以下种：二肽202=400三肽203=8000四肽204=160,000五肽205=3200,000,二、组合库的构建方法,组合库（combinatoriallibrary）是巨大数量的不同结构的化合物的贮藏和检索平行法裂分法,（一）平行法,在合成过程中以平行的方式同时合成多种反应产物。,1、多针法,将96只带有载体针的小棒固定在一块板上，其位置与96孔板对应在96个孔中分别加入不同的反应物及试剂，即可同步合成96个样品,2、茶叶袋法（tea-bags）,化学惰性的多孔小袋子，大小15mm20mm，网眼74m，防止树脂珠漏出，保证可溶性物质进入,树脂珠上都连有一个保护的氨基酸，集中进行脱保护、洗涤,分成几组接上下一个氨基酸,集中进行洗涤、脱保护等,3、其他固相合成方法,点阵法光印法,（二）裂分法,Mix-Split将几个模块分别混合或将几个模块分别与反应珠上的功能基团连接后混合等分成n份，然后分别与与不同的模块反应反应后，树脂的各部分又重新合并，混匀，再被分成几部分，进一步与不同的模块反应,混分法组合合成,二、组合库合成技术,固相合成技术液相合成技术,（一）固相合成技术,在固态的聚合物载体上进行合成反应固相载体(Solidsupport)固相反应的基础连接基linker连接固相载体和反应物之间的桥梁,固相合成原理图,1、固相载体,固相合成中较多使用的树脂是小的球状树脂珠（80-200m）1、交联聚苯乙烯2、聚酰胺树脂3、多孔玻璃,2、固相合成的优点,1）可以使用过量的试剂使反应趋于完全，反应收率高，产物纯度高。2）反应结束后，可以通过过滤、洗涤固相介质除去反应物。3）容易实现自动化,3、固相合成的缺点,固相组合合成需要寻找简便、高效的反应，并不是每一条成功的溶液合成反应路线都适合于固相组合合成需要比较合适的固相载体、连接分子以及将产品从固相上切割的断裂试剂反应的监测不如液相组合合成方便,（二）液相合成法,SolutionphaseSynthesis分类液相平行合成液相组合合成树状载体组合合成氟合成,液相平行合成,相同条件下同时进行多个类似反应,2、液相组合合成,用可溶性的高分子载体代替不溶的交联树脂目前使用最多的载体是聚乙二醇在许多溶剂中可溶，在一定条件下经沉淀、透析等方法分离优点：避免了固相载体造成的非均相的缺点,3、树枝状载体的组合合成,树状载体上进行的液相组合合成树状载体是一个中心上出发形成许多支链树状中间体可用排斥色谱或超过滤等方法分离,树枝状载体的组合合成,3、液相技术的优缺点,四、常见的组合化学库,多肽库寡聚核苷酸库寡糖库合成小分子组合库天然组合化学库,第二节,高通量筛选Highthroughputscreening（HTS）,药物筛选,采用适当的方法，对可能作为药物使用的物质（样品）进行生物活性、药理作用及药用价值的评价过程。,药用样品,筛选方法（模型）,作用评价,发现药物,高通量筛选,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实验过程，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运转的技术体系,高通量筛选,高通量筛选的优点,快速-每天筛选上万药次微量-筛选样品需要量为微克级灵敏-准确判断筛选样品的活性和选择性经济-筛选费用低,Highthroughputscreeningrobots,HighThroughputScreening,96,384,864,1536,一、高通量筛选技术的组成,化合物样品库自动化操作系统检测技术数据库管理系统高通量筛选模型,（一）化合物样品库,人工合成,天然产物,组合化学合成,常规化学合成,（二）自动化操作技术,实验室自动化工作站自动操作：加样、稀释、混合、温孵、转移等自动检测：时间、顺序、条件等数据获得：原始数据、简单处理数据结果储存：计算机保存,（三）高灵敏度的检测系统,检测系统一般采用液闪计数器化学发光检测计数器宽谱带分光光度仪荧光光度仪等,（四）数据库管理系统,样品库的管理功能生物活性信息的管理功能对高通量药物筛选的服务功能药物设计与药物发现功能,1、样品库的管理功能,样品各种理化性质存储管理对每一个新入库的化合物进行新颖性分析，排除结构雷同的化合物反应基团检测：排除假阳性,样品数据库信息表,生物活性信息的管理功能,存储每一化合物都要经过不同模型检测后的结果根据多个模型的检测结果综合评价化合物的生物活性,对高通量药物筛选的服务功能,对与药物筛选相关的业务往来通讯、档案管理以及各种样品标签的打印进行管理，使高通量药物筛选的各个环节程序化、标准化。,药物设计与药物发现功能,对同一模型不同的呈现阳性反应的化合物结构进行分析，找出其构效关系，从而为药物设计提供参考。,（五）高特异体外筛选模型,基本要求：微量化，高灵敏度，高特异性基本类型：分子水平模型：观察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。细胞水平模型：药物对细胞的功能的影响,二、高通量筛选的技术过程,初筛,复筛,深入筛选,新药开发临床前研究临床研究,活性化合物ActiveCompounds,确证筛选,活性样品Hits,先导化合物Leadcompounds,候选药物Candidate,高通量筛选的技术过程,初筛在离体或活体水平上，使用同一剂量，与同样的试材作用，初步判断化合物有无活性复筛初筛后，选择有活性的化合物，采用系列浓度（设3-5个剂量）进行同一模型的筛选，确定化合物活性大小,高通量筛选的技术过程,深入筛选在初筛和复筛的基础上，将得到的化合物在与初筛不同但相关的模