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多模式筛选:药物发现和开发的未来

 

 

文章来源:贝壳社

 

 

药物的发现和开发常常受到候选者流失和后期失败的困扰,靶标筛选在目标识别和验证中起着关键作用,因此所选筛选技术的质量可能成为决定新药是否进入临床的决定因素。常用的基因突变、基因敲除、使用抗体、药物抗性突变和siRNA等技术已经取得了积极的成果。但是仍然存在功能丧失,筛选工具无法分析有助于临床反应的更微妙的生物学过程的风险。

 

值得关注的是,51%的临床二期的失败都是由于药效不够,很多都归因于前期靶标确证工作的不足。这一阶段的失败随之而来的是后期巨额投入的付之东流。

 

因此,生物技术公司和制药公司现在正在寻找新的多模式筛选方法,以鉴定新型药物-靶标相互作用候选物。

 

 

1、不同筛选方法面临的挑战

 

传统的靶标发现方法仅依赖很小一部分的基因组。不到1%的蛋白质组已成功靶向治疗干预,其中某些生物分子,如激酶,离子通道和G蛋白耦合受体的存在被严重夸大了。因此,很明显,我们需要开发无偏的工具和方法来充分探索新的目标空间。

 

一度,RNA干扰(RNAi)被认为是细胞培养系统中靶标验证的选择方法。然而,尽管其潜力和为支持基于RNA的合并筛选而投入的大量资源已经到位,但有希望的候选者仍未能为临床药物开发做出贡献。后来的报道将这项技术与脱靶效应,错误的结果和缺乏可重复性联系起来。结果是,RNAi生成的数据既不干净也不可靠,无法被业界可靠地采用,尽管使用更高筛分率的筛子也是如此。复制和短发夹RNA(shRNA)的数量虽然显示出更可喜的结果,但仍有很大的改进空间。

 

事实证明,CRISPR筛选是一种更有利的靶标鉴定技术。检测和统计意义的技术优势,以及通过基因消融产生的高效率,使我们能够观察到有意义的表型效应。与shRNA相比,可以提高效率。然而,CRISPR筛选仍然不是完美的答案。实验方法或使用的指导RNA库中的细微差异可能会导致相似的平行研究之间受限的命中重叠和相对排名不完全。这证明了在依靠单一筛选工具以新的药物-靶标相互作用候选物填充开发管线时,仔细进行实验验证的重要性。

 

除了不同的筛选方法面临的挑战之外,最终的结果也不能保证成功。小分子抑制剂很少能实现100%的功能丧失,基因敲除筛选可能会产生大量无法作用的药物开发靶标,因为它会产生理论上最大的作用范围。解决此问题的一种有前途的方法是并行进行基因沉默和基因编辑筛选,以使命中提名偏向于即使功能丧失适度也能稳健发现的靶标。然而,基因编辑和沉默可能是钝器,不能对更复杂的生物相互作用进行适当的询问。

 

 

2、多模式筛选

 

考虑到这些局限性,研究人员现在正在转向采用多峰方法来扩大当前的药物发现前景,这导致了一些有希望的新创新。一个叫PhoreMost的公司开发的蛋白质干扰技术,利用表型读数,PROTEINi可以在活细胞中大规模探索和鉴定模拟药物。

 

PROTEINi的一个重要特征是,它可以通过鉴定通常被认为是不可吸收的蛋白质和复合物来扩大现有的靶标鉴定空间。由于PROTEINi可以探测到每个响应的治疗节点,因此该技术使研究人员可以更深入地研究调节调节途径的生物学活性,比简单的功能丧失研究提供更多见识。这样的工具可以通过系统地扫描整个蛋白质组来确定药物开发的最佳新靶标,并至关重要地确定如何对其进行药物治疗,从而开辟通往药物开发的替代性直接途径。

 

药物发现过程的另一个重要方面是建立强大的细胞模型,这在进行体外筛选时尤其重要。根据实验的要求,这可以是基于细胞系的简单模型,也可以是更复杂的生理模型。

 

那些从事癌症靶标发现工作的人幸运的是拥有大量可使用的细胞板。但是,由于融合了突变以及复杂的基因组和表观基因组景观,因此在命中质量方面存在一些担忧。等基因系统可以为筛选提供更干净的背景,但是很难在患者模型中复制这些结果,因此在多个细胞背景中进行筛选同时为可靠和可翻译的命中发现提供了最佳选择。

 

在其他治疗领域,研究人员现在才可以使用必要的可用于屏幕的生理细胞模型。诱导性多能干细胞(iPSC)的发现和改进的生物生产对于改善细胞模型至关重要。但是,它仍然可能需要对扰动响应进行更复杂的表型分析,以释放它们在靶标发现中的全部潜力。

 

尽管单细胞分析的规模比理想情况下要小,但它能够以某种形式提供至关重要的附加分辨率级别。因此,同样很明显,在这里将需要多个模型和细胞系统正确评估目标药物的潜力。

 

历史上,新确定的目标已根据其可药物性进行了评估并确定了优先级。结果,大量目标被丢弃,浪费了寻找目标的时间和精力。仿制药筛选(例如使用PROTEINi筛选)可使有机会捕获已针对配体性预先选择的靶标。新的工具和系统不仅挑战传统的目标识别规则,而且还允许以不受限制的方式进行筛选。

 

总体而言,所讨论的每种筛选工具在选定的治疗空间内均具有优势和应用。因此,通过最大限度地利用每种方法各自的优点,多模型筛选将为从目标识别到新药发展提供最有效方法。这种多模式筛选方法具有捕获总目标空间的能力,可以更快地将更好的药物推向市场。

 

 

参考链接:

1.https://www.genengnews.com/commentary/point-of-view/multimodal-screening-the-future-of-drug-discovery-and-development/

2.https://www.jianshu.com/p/08e345a2c5b5

 

 

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