当虚拟筛选遇上高通量筛选

新药研究属于高科技领域,世界各国对新药研究的投入逐年增加。据统计,1981年全世界对R&D投入为52亿美元,至1996年已达到450亿美元。虽然新药研究开发的投入逐年增加,但每年上市的新的一类新药(NCE)却逐年减少,60年代初期,每年上市的NCE约100个,1996年仅40个,由此可见，平均每一个新药的成本亦大幅度的增加。

人类基因组计划的完成以及后续功能基因组(结构基因组、蛋白质组和代谢组等)计划的实施,深刻地改变了药物研究和开发的思路及策略,形成了新药研究的新模式--从基因组到药物(fromgenometodrug)，包括新靶标的发现与确证、先导化合物的发现与优化以及药物开发。其中，先导化合物的发现过程中，常用的筛选方式有高通量筛选(Highthroughput screening，HTS)和虚拟筛选(virtualscreening，VS)。

 

高通量筛选(High throughputscreening，HTS)技术是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，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。

 

但传统的高通量筛选遇到许多问题，一是药理测试假阳性与假阴性结果；二是化合物样品来源短缺；三是通用性不高，很多HTS方法只对一种或几种酶具有适应性；四很多高通量筛选方法中所用到的试剂和仪器都非常昂贵，很多实验室都无法配备，而与大型制药企业相比，大部分科研单位没有这样的经济实力。

 

那有什么更为高效经济的办法呢？且看研究员Doman如何解决：

 

Doman等[1]研究员想寻找II型糖尿病靶点蛋白酪氨酸磷酸酯酶1B（PTP1B）的抑制剂。首先，研究人员采用了高通量筛选的方法，直接进行生物学测试，批量筛选了40万个化合物，得到了6个活性小于10μm的化合物；随后研究人员采用了虚拟筛选的方法，从40万个化合物预测并挑选出其中的365个化合物进行生物学测试，从而得到21个活性小于10μm的化合物，两种方法的结果列于图。从中可以看到，经过虚拟筛选后再进行生物学测试，其“命中率”比随机的高通量筛选提高了400倍。

（PS：高通量筛选与虚拟筛选再生物学测试的方法略有不同，虚拟筛选再生物学测试的测试条件不包括albumin，故导致结果偏高）

上述研究说明，虚拟筛选方法大大提高药物发现的概率，并降低了研发成本。那什么是虚拟筛选呢？——虚拟筛选(virtualscreening，VS)是指基于药物设计理论，借助计算机的技术和专业应用软件，从大量化合物中挑选出一些有苗头的化合物，进行实验活性评价的一种方法。其目的是从几十个乃至百万个分子中筛选出新的先导化合物。这种药物筛选方式不消耗样品，降低了筛选的成本，还考虑化合物分子药动学性质和毒性，增加筛选的内涵。并且缩短了新药研发周期，降低了直接研发费用，相比于高通量筛选，虚拟筛选不存在样品限制。

            （图片来自：中国科学院上海药物研究所）

                  爱菩新药物筛选管理系统

 由爱菩新医药科技有限公司开发的药物筛选管理系统是一款综合虚拟筛选与实体筛选的药物筛选数据管理系统，内置化合物资源库，为大规模化合物高通量筛选提供数据管理一站式解决方案，加快药物发现，系统整合虚拟筛选、实体筛选及化合物资源三大模块，数据相互关联。基于相似性原理，从化合物资源库中查找相似化合物，从而进行生物实验验证，并将筛选数据通过实体筛选模块管理，一个活性化合物发现多个活性化合物，实现一站式科研数据管理。

 

它具有如下功能：

1、药物虚拟筛选

提供快速高效的药物虚拟筛选功能，每秒可筛选 20万个化学结构；基于分子二维和三维相似两种方法，一个活性化合物发现多个活性化合物，加速药物发现；一键提交，筛选高效，速度快，全程可追溯。

2、药物实体筛选

对化合物及其生物活性筛选数据进行管理，支持分子水平、细胞水平、动物水平等不同层次药物筛选的数据管理；提供药物实体筛选信息存储与查询模块，可灵活配置相关模块的字段信息，进行实体筛选信息的便捷存储与快速查询。

3、化合物资源库

内置化合物资源库，包括药物库，天然产物库，合成化合物库等，无缝对接化合物供应商，为用户购买化合物提供便捷服务；也支持管理本地化合物资源库。

 

4、团队管理

团队由创建人创建，团队成员由管理员创建并统一管理；团队资源及其筛选信息由团队统一管理，权限分明，数据安全。

 

技术优势

1）药物筛选管理系统核心技术基于分子三维形状叠合算法（WEGA）已获得美国专利授权（US9,811,642 B2），Yan,X.等[2]发表的文章证明其精度高于同类算法；

2）它是集虚拟筛选与实体筛选数据管理于一体，实现in silico，in vitro，invivo药物筛选数据管理，提供药物筛选一站式服务；

3）方便管理与协作，支持设计、合成、生物等多团队协作，数据共享，权限分明；

4）数据安全，采用最新的数据加密技术，账号登录，权限控制，全方位保障数据安全；

5）相对国外产品，界面清晰，符合国人使用习惯；

6）国产自主开发，避免技术封锁（你懂的）。

 

虚拟筛选作为计算机辅助药物设计中的一项实用化技术，在当代的创新药物研发中发挥着重要的作用。而若说药物设计正在发展中，那药物筛选管理系统就是给它提速度，它囊括了虚拟筛选和实体筛选数据管理，组织严谨，权限明确，角色分明，大大提高药物筛选效率，加快新药研发。

参考文献

[1]T.N.Doman,et al.,Molecular Docking and High-Throughput Screeningfor Novel Inhibitors ofProtein Tyrosine Phosphatase-1B. Journal ofMedicinal Chemistry, 2002, 45: 2213-21

[2]Yan, X.et al., Enhancing molecular shape comparison by weightedGaussian functions.Journal of Chemical Information and Modeling2013, 53, (8), 1967-78