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高通量篩選技術(shù)在藥物研究方面的應(yīng)用
在平平淡淡的日常中，大家都跟論文打過交道吧，借助論文可以達(dá)到探討問題進(jìn)行學(xué)術(shù)研究的目的。那么，怎么去寫論文呢？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(yīng)用論文，希望對(duì)大家有所幫助。
摘要：
目的
對(duì)高通量篩選技術(shù)常用的儀器設(shè)備、檢測(cè)方法以及高通量篩選技術(shù)在藥物研究領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行綜述。
方法
對(duì)國(guó)內(nèi)外發(fā)表的有關(guān)文獻(xiàn)加以歸納、總結(jié)。
結(jié)果
高通量藥物篩選技術(shù)在藥物研究中具有重要的研究?jī)r(jià)值、自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，是一種用于尋找新藥的高新技術(shù)。
結(jié)論
高通量篩選技術(shù)在藥物研發(fā)方面展現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：高通量篩選技術(shù)；藥物研究；應(yīng)用
當(dāng)前，由于環(huán)境問題、污染問題以及飲食問題引起的“現(xiàn)代病”越來越多，并且越來越復(fù)雜，人類對(duì)藥物的需求不斷增加，傳統(tǒng)的篩選藥物已不能適應(yīng)社會(huì)的需要。因此，快速、高效率、大規(guī)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)
隨著組合化學(xué)的出現(xiàn)，藥物篩選者面臨著愈來愈多的新靶標(biāo)或潛在的有效成分，高通量篩選技術(shù)就在此背景下應(yīng)運(yùn)而生。具體而言，高通量篩選技術(shù)(HighThroughputScreening，HTS)是20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的新的藥物篩選方法，它以分子水平和細(xì)胞水平的實(shí)驗(yàn)方法為基礎(chǔ)，以微板形式為實(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)的樣品驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并以得到的相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)支持整體運(yùn)轉(zhuǎn)的技術(shù)體系[1]。它應(yīng)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(duì)天然和合成化合物進(jìn)行活性檢測(cè)并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行篩選[2]。該技術(shù)的應(yīng)用極大地提高了對(duì)目標(biāo)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(zhǔn)確等特點(diǎn)。簡(jiǎn)而言之，就是通過一次實(shí)驗(yàn)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(shè)備
由于高通量篩選技術(shù)采用的是細(xì)胞、分子水平的篩選模型，其具有樣品數(shù)量大、樣品用量少、體積容量小等特點(diǎn)，因此，僅依靠傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法和手工操作不可能實(shí)現(xiàn)高通量藥物篩選，必須借助自動(dòng)化的儀器設(shè)備。現(xiàn)根據(jù)儀器設(shè)備的功能和用途，可將高通量藥物篩選技術(shù)設(shè)備分為四大類，即樣品處理設(shè)備、實(shí)驗(yàn)操作設(shè)備、結(jié)果檢測(cè)設(shè)備和相關(guān)配套設(shè)備[3]。
2.1樣品處理自動(dòng)化設(shè)備
高通量篩選是一種利用已有的化合物進(jìn)行體外隨機(jī)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(kù)�；衔飿悠分饕腥斯ず铣珊蛷奶烊划a(chǎn)物中分離純化兩個(gè)來源。因此，通過高通量藥物篩選發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)化合物(leadingcompounds)的有效性就取決于化合物樣品庫(kù)中化合物的數(shù)量和質(zhì)量�；衔飿悠返臄�(shù)量是指不同樣品的數(shù)量，其質(zhì)量主要由化合物結(jié)構(gòu)的多樣性決定。目前，高通量藥物篩選的樣品處理設(shè)備有多種類型，大多是在計(jì)算機(jī)控制下完成樣品的處理過程，主要包括對(duì)樣品進(jìn)行自動(dòng)化標(biāo)記、識(shí)別稱量、溶解、稀釋、揀選和轉(zhuǎn)移等[4]。
2.2藥物篩選自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)操作設(shè)備
高通量藥物篩選技術(shù)的自動(dòng)化操作設(shè)備，又稱為實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化工作站，一般由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)等部分組成[5]。
2.2.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)高通量藥物篩選的特點(diǎn)是針對(duì)數(shù)以萬計(jì)的化合物樣品進(jìn)行多模型的篩選。因此，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的多種設(shè)備各有其專用的計(jì)算機(jī)軟件，可根據(jù)篩選實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作步驟和要求，編制用于特定的篩選實(shí)驗(yàn)控制程序，使自動(dòng)化操作設(shè)備完成篩選操作任務(wù)[6]。該系統(tǒng)具有四個(gè)方面的功能：
�、贅悠穾�(kù)的管理功能，主要針對(duì)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(chǔ)管理；
②生物活性信息的管理功能，具體是貯存每一化合物經(jīng)過不同模型檢測(cè)后的結(jié)果，并根據(jù)多個(gè)模型的檢測(cè)結(jié)果對(duì)化合物的生物活性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)；
�、鄹咄克幬锖Y選的服務(wù)功能，主要是對(duì)與藥物篩選相關(guān)的檔案管理、樣品標(biāo)簽打印等進(jìn)行管理，使高通量藥物篩選的各個(gè)環(huán)節(jié)程序化、標(biāo)準(zhǔn)化；
④藥物設(shè)計(jì)與藥物發(fā)現(xiàn)功能，主要針對(duì)高通量藥物篩選產(chǎn)生的大量化合物結(jié)構(gòu)信息和生物活性信息進(jìn)行構(gòu)效關(guān)系分析，從而為藥物設(shè)計(jì)提供可靠的參考依據(jù)。
2.2.2實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)
實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)是指執(zhí)行程序指令的機(jī)械部分，可利用計(jì)算機(jī)操作軟件控制整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程。該系統(tǒng)采用微孔板作為反應(yīng)容器，不同的微孔板以條形碼加以標(biāo)記，通過光電閱讀器對(duì)特定的微孔板上的特定位置進(jìn)行操作，并將操作結(jié)果及相關(guān)數(shù)據(jù)存貯在計(jì)算機(jī)內(nèi)，篩選結(jié)果準(zhǔn)確、快速。為保證篩選實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，根據(jù)需要實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)中可配置樣品的加樣、溫解、離心、分離、清洗、檢測(cè)等部件[6]。
2.2.3檢測(cè)系統(tǒng)
快速、高靈敏度的檢測(cè)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(shè)備中，結(jié)果檢測(cè)是通過與自動(dòng)化工作站連接的檢測(cè)儀器完成的。因此，無論應(yīng)用何種檢測(cè)儀器，都必須實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)化工作站的對(duì)接，將處理完畢的實(shí)驗(yàn)載體轉(zhuǎn)移到檢測(cè)儀器中進(jìn)行檢測(cè)，以獲得最終的原始篩選數(shù)據(jù)[7]。
2.3高通量藥物篩選檢測(cè)儀器
高通量藥物篩選檢測(cè)儀器是用于高通量藥物篩選過程中檢測(cè)樣品生物活性的分析儀器。根據(jù)藥物反應(yīng)過程中生物活性變化產(chǎn)生的信號(hào)特點(diǎn)，高通量藥物篩選儀器可分為多種類型，如放射活性檢測(cè)儀、熒光檢測(cè)儀、化學(xué)發(fā)光檢測(cè)計(jì)數(shù)器、寬譜帶分光光度儀等。
2.3.1放射活性檢測(cè)儀
用于高通量藥物篩選的光學(xué)檢測(cè)儀是在早期的酶標(biāo)儀基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其靈敏度和檢測(cè)效率均高于傳統(tǒng)的酶標(biāo)儀。其表現(xiàn)在儀器體積變小，檢測(cè)靈敏度提高，可以對(duì)96孔板、384孔板或以薄膜為載體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)，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(cè)放射活性的強(qiáng)度，用于放射性同位素標(biāo)記物質(zhì)生物活性指示劑的實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測(cè)等[8]。
2.3.2熒光檢測(cè)儀
近年來熒光技術(shù)和化學(xué)發(fā)光技術(shù)在高通量的藥物篩選領(lǐng)域應(yīng)用越來越多，因此測(cè)定的儀器也應(yīng)用而生并且快速發(fā)展。其不僅可以檢測(cè)各種型號(hào)的微板，而且可檢測(cè)各種類型的熒光，如熒光偏振檢測(cè)法、熒光共振能量轉(zhuǎn)移檢測(cè)法、均相時(shí)間分辨熒光檢測(cè)等[9]。
2.4相關(guān)配套設(shè)備
高通量藥物篩選通常是針對(duì)大量的藥品進(jìn)行篩選，整個(gè)過程中涉及的相關(guān)配套儀器很多，如條碼編制、打印、識(shí)別等，以用于樣品管理、實(shí)驗(yàn)載體管理和篩選結(jié)果管理等，具體可根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的條件和篩選的規(guī)模等裝備配置[10]。
3.高通量藥物篩選常用的檢測(cè)方法
為適應(yīng)高通量藥物篩選技術(shù)的要求，將藥物與分子、細(xì)胞間的相互作用結(jié)果靈敏的以各種可視形式反映出來，從而達(dá)到評(píng)價(jià)樣品藥用價(jià)值的目的，常用的檢測(cè)方法有比色檢測(cè)法、熒光檢測(cè)法、放射活性檢測(cè)法、分光光度檢測(cè)法、核磁共振檢測(cè)法等[11]。
3.1比色檢測(cè)法
比色檢測(cè)法主要用于檢測(cè)具有吸光性物質(zhì)的濃度，根據(jù)光線經(jīng)過檢測(cè)樣品被吸收的程度，計(jì)算吸光物質(zhì)的含量，具體包括可見光和紫外光的比色分析，在高通量的藥物篩選中這類方法被廣泛的應(yīng)用[12]。
3.2熒光檢測(cè)法
熒光檢測(cè)法基于多數(shù)熒光基團(tuán)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，除了常規(guī)的熒光檢測(cè)又研發(fā)出許多新的熒光檢測(cè)方法，可以在短時(shí)間內(nèi)同時(shí)測(cè)定熒光的強(qiáng)度和變化，使熒光檢測(cè)法的用途更加廣泛。例如采用連續(xù)的激發(fā)光譜和測(cè)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(diào)節(jié)技術(shù)，可在樣品熒光信號(hào)采集之前讓背景熒光信號(hào)消失等，大大地提高了檢測(cè)的效果[13]。
3.3放射活性檢測(cè)法
同位素標(biāo)記放射活性檢測(cè)技術(shù)在藥物研究中應(yīng)用了幾十年，放射活性液閃計(jì)數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法仍具有廣闊的應(yīng)用前景，特別是用于高通量檢測(cè)儀器能夠靈敏的在96孔板和384孔板上測(cè)定微量物質(zhì)的放射活性。如韓闖等人[14]將放射性檢測(cè)法應(yīng)用到研究體內(nèi)的生理生化反應(yīng)、各種化合物的結(jié)合與分布、信號(hào)傳導(dǎo)通路等試驗(yàn)中；美國(guó)學(xué)者GanieSM在高通量藥物篩選研究中，采用親和閃爍(SPA)檢測(cè)方法，通過親合結(jié)合，將放射性配基結(jié)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(biāo)記分析中的游離配基與結(jié)合配基的分離過程，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(cè)法
分光光度檢測(cè)法與熒光檢測(cè)法的原理基本一致，即通過測(cè)定物質(zhì)在特定波長(zhǎng)或一定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸光度來對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析[14]。為了適應(yīng)高通量藥物篩選，許多公司生產(chǎn)了具備計(jì)算機(jī)接口并能對(duì)多孔板進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)的分光光度計(jì)。如以Molecular Device公司的spectra190為例[15]，采用8條光導(dǎo)纖維同時(shí)對(duì)8孔進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定波長(zhǎng)以2nm為間隔，對(duì)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(cè)法
核磁共振檢測(cè)法在化合物結(jié)構(gòu)測(cè)定方面發(fā)揮了重要的作用，現(xiàn)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(cè)方法更多的信息，同時(shí)在藥物作用機(jī)理的研究中，發(fā)現(xiàn)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(shì)[16，17]。
4.高通量篩選技術(shù)在藥物研發(fā)方面的應(yīng)用
4.1高通量篩選技術(shù)在微生物制藥中的應(yīng)用
一般微生物代謝產(chǎn)物化合物庫(kù)的高通量篩選過程為首先構(gòu)建適宜的高通量篩選模型，再利用微量滴定板對(duì)微生物代謝產(chǎn)物庫(kù)中的化合物進(jìn)行高通量篩選，通過相應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)篩選目標(biāo)化合物，以期發(fā)現(xiàn)具有不同生理活性的微生物先導(dǎo)化合物和獲得具有某一特定性質(zhì)的菌株。篩選過程中，開發(fā)合適的培養(yǎng)基，對(duì)微生物進(jìn)行適宜的微量滴定板的縮小化培養(yǎng)以便微生物菌株生長(zhǎng)繁殖，然后利用多種檢測(cè)技術(shù)對(duì)目的產(chǎn)物的濃度或菌株的各項(xiàng)生理生化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，最終可獲得目標(biāo)菌株[18，19]。
4.2高通量篩選技術(shù)在民族藥物研究中的應(yīng)用
民族藥是中國(guó)少數(shù)民族特色醫(yī)藥的簡(jiǎn)稱，具有獨(dú)特的理論體系、豐富的臨床經(jīng)驗(yàn)，其活性高、療效確切、毒副作用小，是祖國(guó)醫(yī)學(xué)寶庫(kù)中的瑰寶。但民族藥也存在品種繁多、資源海量、作用機(jī)制不清的特點(diǎn)，因此，為充分發(fā)揮民族藥的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，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(fù)方水提物進(jìn)行劃段分離，降低研究目標(biāo)的復(fù)雜性，快速制得可供活性篩選用的樣品庫(kù)。然后采用體外篩選的方法，對(duì)樣品庫(kù)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(fù)方，并選用適宜的整體動(dòng)物模型將其與原方進(jìn)行對(duì)比，最終獲得療效顯著提高、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(xiàn)代化研究中的應(yīng)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(shì)，而且在中藥化學(xué)成分、中藥有效部位及中藥復(fù)方的研究方面也發(fā)揮著重要的作用。如通過新型藥理模型的建立可直接認(rèn)識(shí)有效部位的藥理作用，從而進(jìn)行藥物開發(fā)；通過對(duì)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(dǎo)化合物；通過藥物活性可以來追蹤有效化學(xué)成分、提高活性化合物的發(fā)現(xiàn)率、提升中藥現(xiàn)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(yīng)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(shù)量龐大的樣品庫(kù)基礎(chǔ)上隨機(jī)篩選，實(shí)現(xiàn)藥物篩選的規(guī)�；岣咚幬锇l(fā)現(xiàn)的幾率，提高發(fā)現(xiàn)新藥的質(zhì)量，這種方式是發(fā)現(xiàn)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(fù)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(yīng)用于中草藥樣品的分離，使復(fù)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題，而且節(jié)省了樣品資源，奠定了“一藥多篩”的物質(zhì)基礎(chǔ)，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(chǔ)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)科理論和技術(shù)的有效結(jié)合，不僅實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化，降低了藥物篩選的工作強(qiáng)度及實(shí)驗(yàn)成本，減少了實(shí)驗(yàn)操作誤差，而且提高了篩選效率和結(jié)果的準(zhǔn)確性，擴(kuò)充了藥物資源的利用度。因此，隨著高通量活性篩選技術(shù)研究的不斷深入，必將在未來藥物研究中發(fā)揮越來越重要的作用[24]。
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