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藥物設(shè)計與篩選及驗證技術(shù)

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藥物設(shè)計與篩選及驗證技術(shù)

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項目介紹

一、項目概述

近年來，隨著計算機(jī)科學(xué)及相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展與進(jìn)步，基于計算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、人工智能等新技術(shù)的藥物分子設(shè)計手段正日臻成熟，不斷取得突破性進(jìn)展，有力推動藥物設(shè)計領(lǐng)域日趨完善。這不僅為新藥創(chuàng)制事業(yè)提供了新利器，更有效加速了新藥成功開發(fā)的概率、縮短新藥上市周期，更好地滿足臨床需求。

我們深切感受到新藥研發(fā)的科技手段對項目的促進(jìn)作用，由此建立了一支專業(yè)高效的研發(fā)服務(wù)團(tuán)隊。依托基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計（SBDD）、基于配體的藥物設(shè)計（LBDD）、基于碎片的藥物設(shè)計（FBDD）、高通量篩選（HTS）技術(shù)等技術(shù)服務(wù)，根據(jù)您的需要，評估適合您的藥物設(shè)計及篩選方式。例如，如果消費(fèi)者已有明確的靶點(diǎn)結(jié)構(gòu)，我們可能會推薦SBDD；如果消費(fèi)者擁有大量活性化合物數(shù)據(jù)，LBDD可能更為合適。此外，我們的服務(wù)還包括：根據(jù)您的需求，定制一個綜合的藥物設(shè)計及篩選方案，明確每個階段的目標(biāo)、所需資源以及預(yù)期的時間框架。

1.1藥物研發(fā)流程及CADD在藥物研發(fā)中的運(yùn)用

1.2藥物設(shè)計的基本策略與流程

二、藥物設(shè)計方法分類

2.1 基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計（SBDD）

簡介：SBDD依賴于藥物靶點(diǎn)（如受體、酶等）的三維結(jié)構(gòu)信息，通過分子對接、分子動力學(xué)模擬等技術(shù)手段，預(yù)測藥物分子與靶點(diǎn)之間的結(jié)合模式和相互作用強(qiáng)度，從而設(shè)計出具有高親和力和特異性的藥物分子。

服務(wù)內(nèi)容：靶點(diǎn)蛋白的獲取與結(jié)構(gòu)解析（X射線晶體學(xué)、多維核磁共振(NMR)、冷凍電鏡(Cryo-EM)、同源建模以及模型優(yōu)化）/分子對接（一般對接（剛性對接、柔性、半柔性對接）、共價對接、口袋氨基酸突變、金屬酶蛋白-配體對接、蛋白-多肽對接、蛋白-蛋白對接）/分子動力學(xué)模擬（1.誘導(dǎo)契合對接和分子動力學(xué)模擬手段，解決晶體結(jié)構(gòu)缺乏柔性的問題2. 結(jié)合溶質(zhì)、溶劑化能來優(yōu)化結(jié)合親和力，更準(zhǔn)確地預(yù)測出化合物“天然”結(jié)合模式。

2.1.1分子對接

2.1.2動力學(xué)模擬

2.2 基于配體的藥物設(shè)計（LBDD）

簡介：LBDD在生物靶點(diǎn)未知或靶點(diǎn)結(jié)構(gòu)信息不足的情況下，通過研究已知活性配體的結(jié)構(gòu)性信息，構(gòu)建藥效團(tuán)模型或定量構(gòu)效關(guān)系（QSAR）模型，來預(yù)測新化合物的活性。這種方法不依賴于靶點(diǎn)的三維結(jié)構(gòu)，而是基于配體分子之間的相似性進(jìn)行藥物設(shè)計。

服務(wù)內(nèi)容：構(gòu)建藥效團(tuán)模型或定量構(gòu)效關(guān)系（QSAR）模型/反向找靶/相似性搜索和聚類/ADMET預(yù)測

2.3 基于碎片的藥物設(shè)計（FBDD）

核心技術(shù)：FBDD通過篩選低分子量、低親和力的片段分子，并利用這些片段與靶點(diǎn)的結(jié)合信息來優(yōu)化和鏈接成新藥物分子。這種方法結(jié)合了隨機(jī)篩選和SBDD的優(yōu)點(diǎn)，旨在探索更廣闊的化學(xué)空間，提高發(fā)現(xiàn)活性化合物的命中率。

服務(wù)內(nèi)容：蛋白純化/高通量晶體篩選及結(jié)晶/分子片段篩選/類藥性評估

高通量篩選片段 (HTS)—>片段優(yōu)化—> 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

三、基于藥物設(shè)計方法的虛擬篩選

3.1 虛擬篩選概述

計算機(jī)輔助藥物篩選也稱虛擬篩選（Virtual Screening)，是藥物發(fā)現(xiàn)和篩選藥物（篩藥）常見的方法之一。當(dāng)虛擬篩選的量比較大的時候，可稱為高通量虛擬篩選（High throughput virtual screening，HTVS）。虛擬篩選根據(jù)受體結(jié)構(gòu)的有無，可以分為基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計（SBDD）、基于配體的藥物設(shè)計（LBDD）。此外，基于碎片的藥物設(shè)計（FBDD）通過篩選低分子量、低親和力的片段分子，并利用這些片段與靶點(diǎn)的結(jié)合信息來優(yōu)化和鏈接成新藥物分子是對SBDD的進(jìn)一步補(bǔ)充。

3.2 藥物庫選擇

3.2.1 大型綜合藥物庫

序列	虛擬篩選庫名稱	分子數(shù)量	特點(diǎn)與描述
1	ChemDiv	1,250,000+	ChemDiv是全球最大的為科研機(jī)構(gòu)提供化合物的公司之一，其庫存可用的化合物已經(jīng)超過125萬種，并且以每年超過20萬個化合物的速度遞增。
2	Asinex Gold	170,269+	Asinex的一個高級篩選庫，包含精心挑選的化合物，適用于藥物發(fā)現(xiàn)過程中的深入篩選。具體分子數(shù)量需查詢官網(wǎng)或相關(guān)權(quán)威資料。
3	Specs	350,000+	Specs的化合物庫由單一合成、性質(zhì)良好的小分子組成，適用于藥物發(fā)現(xiàn)的各個階段。該庫通過全球采購方案建立，包含超過35萬種化合物。
4	ChemBridge	130,000+	ChemBridge的虛擬篩選數(shù)據(jù)庫擁有超過13萬個多樣性的化合物，涵蓋多種類型和多種蛋白靶點(diǎn)的化合物，是藥物發(fā)現(xiàn)過程中的有力工具。
5	ZINC	1,350,000+	ZINC數(shù)據(jù)庫用于虛擬篩選的市售化合物的免費(fèi)數(shù)據(jù)庫。ZINC包含超過1300萬種3D格式的可購買化合物。提供ZINC數(shù)據(jù)庫是一個小分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，在該數(shù)據(jù)庫中存放有大量現(xiàn)在市場銷售的小分子化合物
6	ChEMBL	1,879,000+	ChEMBL數(shù)據(jù)庫是歐洲生物信息研究所(European Bioinformatics Institute，EBI)開發(fā)的一個在線的免費(fèi)數(shù)據(jù)庫，它通過從大量文獻(xiàn)中收集各種靶點(diǎn)及化合物的生物活性數(shù)據(jù)，為藥物化學(xué)家們提供了一個非常便利的査詢靶點(diǎn)或化合物的生物活性數(shù)據(jù)的平臺。截至2019年10月29日，該數(shù)據(jù)庫共收集了12482個靶點(diǎn)，187.9萬個化合物，共有15500萬條生物活性信息。
7	DrugBank	13577+	最近發(fā)布的DrugBank (版本5.1.9，2022-01-03版)包含13577種藥物條目，其中包括2634種經(jīng)批準(zhǔn)的小分子藥物、1377種經(jīng)批準(zhǔn)的生物技術(shù)(蛋白質(zhì)/肽)藥物、131種營養(yǎng)品和6375種實(shí)驗藥物。此外，5241個非冗余蛋白(即藥物靶標(biāo)/酶/轉(zhuǎn)運(yùn)體/載體)序列與這些藥物條目相關(guān)聯(lián)。每個DrugCard條目包含200多個數(shù)據(jù)字段，其中一半用于藥物/化學(xué)數(shù)據(jù)，另一半用于藥物靶標(biāo)或蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)。
8	MCE	4,6000+	MCE（MedChemExpress）藥物庫涵蓋了藥物代謝物庫、老藥新用化合物庫、片段化合物庫以及FDA批準(zhǔn)上市藥物庫等多個子庫。這些子庫各自具有獨(dú)特的應(yīng)用價值，共同構(gòu)成了MCE全面而豐富的藥物研發(fā)資源。

3.2.2 實(shí)際化合物庫

3.2.2.1 老藥新用化合物庫系列

老藥新用，藥物開發(fā)新趨勢，其優(yōu)勢凸顯：藥物安全性已經(jīng)過廣泛驗證，研發(fā)周期得以顯著縮短，猶如配備齊全的科研團(tuán)隊，高效且穩(wěn)健。相較于新藥開發(fā)，成本更低，效益顯著。測試go提供化學(xué)庫總共包含了超過30,000種不同的化合物，涵蓋了從FDA、EMA等監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)的藥物到非專利藥物、臨床試驗藥物、抗癌藥物以及兒童用藥等多個領(lǐng)域，為藥物研發(fā)、藥物再利用以及特定疾病治療等領(lǐng)域提供了重要的支持。

3.2.2.2 天然產(chǎn)物庫

天然產(chǎn)物篩選庫是一個涵蓋多種生物來源化合物的豐富資源庫，它包括海洋生物和微生物體內(nèi)的組成成分或其代謝產(chǎn)物以及人和動天然產(chǎn)物是指動物、植物提取物或昆蟲、物體內(nèi)許許多多內(nèi)源性的化學(xué)成分統(tǒng)稱，其與藥物發(fā)現(xiàn)，化學(xué)生態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)等領(lǐng)域緊密相關(guān)，一直以來備受科學(xué)界的關(guān)注。該篩選庫包含以下幾個主要部分：海洋來源天然產(chǎn)物庫、動物來源化合物庫、抗衰老天然產(chǎn)物庫、天然產(chǎn)物庫、天然產(chǎn)物Plus庫、天然產(chǎn)物類似物庫、植物來源化合物庫以及抗腫瘤天然產(chǎn)物庫，還有一個微生物代謝物庫。該天然產(chǎn)物篩選庫總共包含了超過17,000個不同來源的天然化合物。

3.2.2.3中藥相關(guān)庫

中藥相關(guān)化合物庫是收集和整理中藥中活性成分的資源庫，這些成分通常具有獨(dú)特的藥用價值。通過科學(xué)研究，人們發(fā)現(xiàn)中藥中的某些化合物對治療特定疾病有顯著效果，因此，將這些化合物整理入庫，有助于藥物研發(fā)和新藥創(chuàng)制。中藥相關(guān)化合物庫包括傳統(tǒng)中藥活性化合物庫、抗病毒中藥單體化合物庫等，這些庫中的化合物均來源于中藥材，且經(jīng)過嚴(yán)格篩選和驗證。該篩選庫總共包含了超過7,197個中藥中活性成分化合物。

3.2.2.4 片段化合物庫系列

測試go服務(wù)平臺提供的片段化合物庫涵蓋了多種類型，包括半胱氨酸靶向共價片段庫、含氟片段化合物庫、1K藥物片段庫、3D多樣片段庫以及片段化合物庫，共計36,864種化合物。這些庫不僅種類豐富，而且涵蓋了廣泛的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，適用于基于片段化合物的篩選、高通量X-ray 晶體學(xué)、NMR、SPR和高濃度生物分析。所有化合物均符合Rule of Three原則（MW ≤ 300, H-bond donors ≤ 3, H-bond acceptors ≤ 3, cLogP ≤ 3，RB ≤ 3) 和TPSA ≤ 120）

3.2.2.5 其他子庫分類

1.大環(huán)類化合物庫：包含環(huán)肽、冠醚等幾百個大環(huán)類物質(zhì)，這類化合物通常具有較大的分子量和特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對于模擬蛋白蛋白相互作用(PPIs)的結(jié)構(gòu)域至關(guān)重要，因此在PPIs的藥物開發(fā)中應(yīng)用越來越多。目前可提供超過20000個具有豐富多樣性的大環(huán)類化合物。

2.中樞神經(jīng)化合物庫：針對中樞神經(jīng)系統(tǒng)藥物研發(fā)的化合物庫，包含多樣化、高質(zhì)量的化合物，支持CNS藥物發(fā)現(xiàn)計劃。這些化合物經(jīng)過多參數(shù)優(yōu)化，預(yù)計具有更高的穿過血腦屏障(BBB)的可能性。

3.GPCR化合物庫：專注于G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)相關(guān)的藥物篩選和研究。GPCR是藥物研發(fā)中的重要靶點(diǎn)，因此這個庫對于開發(fā)針對GPCR的藥物具有重要意義。

4.核受體化合物庫：是癌癥、皮膚病和糖尿病等相關(guān)藥物研究的有用工具。核受體是細(xì)胞內(nèi)的一類重要蛋白質(zhì)，參與調(diào)控多種生理過程，因此這個庫在藥物研發(fā)中具有廣泛應(yīng)用。

5.激酶化合物庫：針對激酶的藥物篩選和研究。激酶是細(xì)胞內(nèi)的一類重要酶類，參與調(diào)控多種信號傳導(dǎo)途徑，與多種疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。

6.離子通道化合物庫：是心血管、神經(jīng)系統(tǒng)等疾病研究的重要工具。離子通道是細(xì)胞膜上的一類重要蛋白質(zhì)，參與調(diào)控離子的跨膜運(yùn)輸，與多種生理功能密切相關(guān)。

3.2.2.6 與數(shù)百家企業(yè)合作，品質(zhì)值得信賴

我們的科研服務(wù)平臺已經(jīng)與國內(nèi)外數(shù)千家企業(yè)建立了緊密的合作關(guān)系。

3.3 虛擬篩選服務(wù)流程

客戶確認(rèn)靶點(diǎn)蛋白/化合物集—>根據(jù)靶點(diǎn)類型，選擇平臺在線藥物庫/藥效團(tuán)選擇虛篩模式—>技術(shù)員評估虛篩位點(diǎn)以及方式—>采用虛篩軟件進(jìn)行蛋白與多種小分子構(gòu)像的模擬對接—>選取打分前100的小分子—>購買小分子進(jìn)行表型驗證和基于靶點(diǎn)驗證。

四、實(shí)體化合物活性篩選

4.1 基于靶點(diǎn)篩選

利用高通量篩選技術(shù)，對大量候選化合物進(jìn)行快速篩選/分子結(jié)合力驗證（SPR、BLI、MST、ITC、DSF）。

4.2基于表型篩選

利用細(xì)胞毒性/增殖、細(xì)胞凋亡/周期、動物水平表型檢測。

樣品要求

詳情請聯(lián)系技術(shù)經(jīng)理

項目案例

學(xué)術(shù)文章

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