高通量筛选

生物学名词

高通量筛选(High throughput screening，HTS)技术是指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试验过程，以灵敏快速的检测仪器采集实验结果数据，以计算机分析处理实验数据，在同一时间检测数以千万的样品，并以得到的相应数据库支持运转的技术体系，它具有微量、快速、灵敏和准确等特点。简言之就是可以通过一次实验获得大量的信息，并从中找到有价值的信息。

性能特点

高通量筛选时每天要对数以千万的样品进行检测，工作枯燥，步骤单一，操作人员容易疲劳、出错。自动化操作系统由计算机及其操作软件、自动化加样设备、温孵离心设备和堆栈4个部分组成。自动化操作系统代替人工操作显然有诸多优势，它利用计算机通过操作软件控制整个实验过程，编程过程简洁明了。

应用

充分利用药用资源

由于高通量筛选依赖数量庞大的样品库，实现了药物筛选的规模化，较大限度地利用了药用物质资源，提高了药物发现的几率，同时提高了发现新药的质量。

微量筛选系统

由于高通量筛选采用的是细胞、分子水平的筛选模型．样品用量一般在微克级（μg），节省了样品资源，奠定了“一药多筛”的物质基础，同时节省了实验材料，降低了单药筛选成本。

高度自动化操作

随着对高通量药物筛选的重视程度不断提高，用于高通量药物筛选操作设备和检测仪器都有了长足发展，实现了计算机控制的自动化，减少了操作误差的发生，提高了筛选效率和结果的准确性。

多学科理论和技术的结合

在高通量筛选过程中，不仅应用了普通的药理学技术和理论，而且与药物化学、分子生物学、细胞生物学、数学、微生物学、计算机科学等多学科紧密结合。这种多学科的有机结合，在药物筛选领域产生大量新的课题和发展机会，促进了药物筛选理论和技术的发展。

筛选技术

实验方法

高通量筛选的实验方法分子水平和细胞水平的实验方法（或称筛选模型）是实现药物高通量筛选的技术基础。由于药物高通量筛选要求同时处理大量样品，实验体系必须微量化，而这些微量化的实验方法应根据新的科研成果来建立。第四军医大学周四元研究认为，药物高通量筛选模型的实验方法，根据其生物学特点，可分为以下几类：受体结合分析法；酶活性测定法；细胞分子测定法；细胞活性测定法；代谢物质测定法；基因产物测定法。这些实验方法，均已广泛用于药物高通量筛选中。

特色效用

高通量筛选的特色效用高通量筛选技术是将多种技术方法有机结合而形成的一种新技术体系，它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数据，以计算机对数以千计的样品数据进行分析处理，从而得出科学准确的实验结果和特色效用。英国学者AlanD研究提示，一个实验室采用传统的方法，借助20余种药物作用靶位，1年内仅能筛选75000个样品；1997年高通量筛选技术发展初期，采用100余种靶位，每年可筛选100万个样品；1999年高通量筛选技术进一步完善后，每天的筛选量就高达10万种化合物。

FLIPR荧光检测法

近年来,光学测定技术在美、英两国研究人员在高通量筛选检测中，努力进行了光学测定方法的研究，建立了大量的非同位素标记测定法，如用分光光度检测法筛选蛋白酪氨酸激酶抑制剂、组织纤溶酶原激活剂等，均获得成功。

放射性检测技术美国学者GanieSM在高通量药物筛选研究中，应用放射性测定法，特别是亲和闪烁（SPA）检测方法，使在96孔板上进行的样本量实验得到发展。该方法灵敏度高，特异性强，促进了高通量药物筛选的实现，但存在环境污染问题。

荧光检测技术美国学者Giulianok A研究认为，采用FLIPR(fluorometric imaging reader)荧光检测法，可在短时间内同时测定荧光的强度和变化，对测定细胞内钙离子流及测定细胞内pH和细胞内钠离子流等，是非常理想的一种高效检测方法。同时采用FDSS（Functional Drug Screening System）进行实时多通道荧光检测，96微孔板、384微孔板、1536微孔板一次性加样，实现实时荧光强度信号检测，可以进行如下应用：

·GPCR calcium influx assays

–All calcium wash or non-washing kits (Fluo-4 or Fura-2 based), Premo™ Cameleon, Aequorin

·Ion Channel assays

–FMP, VSP, potassium channel (FluxOR™), sodium channel (SBFI and ANG-2), chloride channel (YFP)

·Enzymatic assays

–Prolyl isomerase, GTPase, Kvb

·Transporter assays

·CytoStar-T

·Circadian clock

·Mosquito Odorant Receptors

·Light activated receptor or channel assays

多功能微板检测系统由西安交通大学药学院研制的1536孔板高通量多功能微板检测系统，是国际上先进的高通量检测系统，它可使筛选量进一步提高，现已在该院投入使用。

AlphaScreen检测法

AlphaScreen assay应用广泛且拥有众多优点，更优化药物筛检试验的效果。其操作硬体之限制，导致这实验方法虽然已研发数年，大多数研究人员并未知晓或广泛应用它。

化学生物学研究项目的研究重点是在我们的平台上执行的筛选与蛋白质相互作用的高通量检测。为了这个目的，我们采用AlphaScreen assay（Amplified Luminescence Proximity Homogeneous Assay），正如它的名字所暗示的，ALPHA屏是基于发光接近检测。

AlphaScreen技术主要优势在于待测物质的范围宽泛，从小分子到大型复合物；均相体系、快速、稳定，灵敏度更高；AlphaScreen检测也不需要荧光标签的引入，避免了空间位阻影响生物分子的相互结合；可用于检测生物学粗提物例如细胞裂解物、血清、血浆、体液等，而不会影响测读效果。

AlphaScreen技术主要的限制在于反应体系对于强光或是长时间的室内光敏感；其次，某些化合物对于单体氧分子的捕获会降低光信号；供体珠光漂白效应使得信号检测以单次为佳。与ECL、FMAT技术相似，AlphaScreen也需要高能激光器；同其他技术相比，AlphaScreen对于检测仪器平台有要求。

技术进展

我国进行药物高通量筛选的优势首先是化合物来源广泛，且多为天然；其次是对化合物生物活性的筛选目的较明确，无目的合成的化合物较少；第三，我国传统药物为筛选研究提供了一个巨大的资源库，可从中药中提取分离筛选新的化合物。这些优势为药物的高通量筛选打下了坚实基础。

我国药物高通量筛选初现规模：药物高通量筛选工作在我国起步较晚，且不规范。这几年，我国进行了外引内联的整体化、规模化基础建设，已初见成效。1996年中国医学科学院引进国内第一台Biomek2000型实验自动化工作站；1998年又引进全国第一台Topcount微量闪烁计数器，使放射配基实验、放射免疫实验等技术微量化、自动化。上海药物研究所、北京军事医学科学院分别成立了药物筛选专门机构，开始从事大规模筛选工作。西安交通大学药学院贺浪冲教授首创的细胞膜色谱（CMC）为化合物的体外高通量筛选提供了高选择性、高特异性、高效率的筛选手段。CMC已成功用于钙离子拮抗剂受体配体结合反应的研究，正在进行心血管化学合成药物的高通量筛选和中药有效部位及有效成分的寻找。将利用分子生物学方法建立CMC自动化筛选体系，促进我国药物高通量筛选技术的全面发展。

高通量筛选技术，是药物筛选领域研究的重要课题，近年来，对它的研究应用虽然已取得了长足的发展，但仍然存在许多难题，如体外模型的筛选结果与整体药理作用的关系；对高通量筛选模型的评价标准以及新的药物作用靶点的研究和发现等。随着医药学的进步，高通量筛选技术在创新药物的研发中，一定会开拓出更广阔的空间。

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