2024/7/1
早期創薬の促進
ダイアナ・スペンサーが、創薬に使用される最新のハイスループットスクリーニング技術と、それらがどのように治療薬の臨床応用を加速させるかをレビューします。
ハイスループット・スクリーニング(HTS)は、ロボット工学と自動化を利用し、特異性のある生物学的標的に対して、多数の化学物質や生物学的化合物の試験を可能にします。
HTS対応細胞アッセイ
ベルブルック・ラボの社長兼CEOであるロバート・G・ローリー博士のコメント： 「AIとバーチャル・スクリーニングは創薬ターゲットの多様性を高めていますが、バーチャル・ヒットの開発には、過去25年間に開発された技術を用いたウェット・バイオロジーが必要です。例えば、複数のRNAヘリカーゼは、その触媒特性が十分に理解される前に、がんやウイルス感染の標的になっています。幸いなことに、RNAヘリカーゼの巻き戻し活性はATP加水分解と結合しており、キナーゼスクリーニング用に開発された均一性ADP検出法は、ヘリカーゼ阻害剤のスクリーニングやプロファイリングに応用されています。同時に、主要な免疫・炎症経路のほとんどについて、蛍光または発光アッセイの出力が可能なHTS対応セルラーアッセイが容易に利用できるようになり、細胞内での標的との関与を評価する強力な新手法が登場しています。」
ベルブルック・ラボ社は、Transcreener アッセイと AptaFluor HTS アッセイを製造しています。これは、ヌクレオチドの直接検出とホモジニアス蛍光リードアウトを使用した酵素用のユニバーサル HTS アッセイです。
HT表面プラズモン共鳴
抗体研究の分野では、Eli Lilly社とAbCellera社が、ハイスループット表面プラズモン共鳴（HT-SPR）技術を用いたCarterra社のLSAバイオセンサーが、90日以内に臨床候補化合物の開発を可能にしたと評価しています。カルナバイオサイエンスは、低分子化合物の探索において、キナーゼを理解するためにLSAXTプラットフォームを使用して劇的な成果を達成したと述べています。
「SPRは、分子間相互作用、特に親和性を評価するための数十年にわたるゴールド・スタンダードですが、SPR分析のために分析チームに送れる、あるいは送るべきサンプルの数については、常に注意が必要でした。しかし、SPR分析にどれだけのサンプルを分析チームに送ることができるか、あるいは送るべきかという点については、常に注意が必要でした。スループットは禁止されていたため、データの分解能は極めて低いものでした。「現在では、HT-SPRを用いることで、研究者は抗体や低分子のライブラリー全体を、エピトープの特性評価とともにスクリーニングできるようになり、創薬研究の初期段階において、これまでよりもはるかに多くのデータを入手できるようになりました
自己集合単分子膜脱離イオン化法
チャールズ・リバー社のディスカバリー部門サイエンス・ディレクターであるZachary Gurard Levin博士は、次のように述べています： 「HTS アッセイでは、酵素活性や細胞表現型に関する情報を得るために、光学ラベルや蛍光ラベルを含むレポーターシステムに依存することがよくあります。低分子化合物による光学的干渉が蔓延しているため、この分野では質量分析（MS）のような標識不要の手法への移行が進んでいます。
「MSインストゥルメンテーションの進歩により、読み出し速度は光学プレートリーダー並みに向上しましたが、課題も残っています。検出前に分析物を精製するプロセスは煩雑であり、多くの研究者はこれらの成分を完全に除去することを選択しますが、これは生化学反応にも影響を与える可能性があります。
チャールス・リバーのソリューションは、複雑な反応から目的の分析物を特異的に固定化するように設計された仕様の表面化学物質を利用することです。自己集合単分子膜脱離イオン化（SAMDI）技術は、MS検出のために最大1536サンプルを数秒で精製することができます。
細胞培養の自動化
「モレキュラーデバイスの戦略・イノベーション担当副社長であるシャンタヌ・ダミジャは、次のように説明しています。「最近の研究によると、重篤な副作用のために市場から撤去された医薬品の80％は、スクリーニングにオルガノイドが使用されていれば承認されなかったでしょう。「イノベーターは、自動化、ロボット工学、人工知能、機械学習の進歩を活用し、より広範な採用を妨げてきたボトルネックを軽減しています。例えば、リキッドハンドリング、インキュベーション、細胞培養をカメラやハイコンテントイメージャーと組み合わせることで、細胞モデルの発達をリアルタイムで定量化し、薬剤スクリーニングの過程でどのように反応するかを目撃し、その過程でインテリジェントな意思決定を行うツールもあります。」
CellXpress.ai自動細胞培養システムは、長時間の複雑なワークフローに対応するオルガノイド培養プロセスを自動化するソリューションの一つです。培地交換、プレーティング、継代、オルガノイドモニタリング、エンドポイントアッセイ、複雑な画像解析などを機械学習によってお知らせし、医薬品スクリーニングの生産性と再現性を高めます。
AIとバーチャル・スクリーニングは創薬ターゲットの多様性を高めていますが、バーチャル・ヒットの開発には依然としてウェット・バイオロジーが必要です。
自動化されたハイスループット MS
2023 年、SCIEX は Echo MS+ システムを備えた Echo MS Center of Excellence を開設しました。このシステムは、ハイスループット アッセイのパネルを通じて定性および定量結果を提供し、Beckman Coulter Life Sciences Biomek i7 自動化リキッドハンドラーなどの自動化ラボシステムに対応しています。同社はこのセットアップを使用して、リアルタイムのカイネティック加水分解研究を実行する能力を実証しました。グルクロン酸の加水分解は、システムが反応プレート中のサンプルをプレーティング、インキュベート、撹拌する1時間にわたって測定されました。
「SCIEX の Echo MS Excellence Team のシニア マネージャーである Han Joo Lee 氏は次のように述べています。「ハイスループットスクリーニングにおける合理化された自動化は、発見を加速し、精度と再現性を高めます。「これにより、創薬プロセスのスピードが向上し、偽陽性や偽陰性の可能性が減少します。
酵素結合免疫吸着測定法
Abcamの酵素結合免疫吸着測定法(ELISA)ベースのツールや試薬は、複数のプラットフォームで使用でき、自動化システムやリキッドハンドラーにアダプターできるよう柔軟に設計されています。同社のSimpleStep ELISA（SSE）キットは、免疫学、免疫腫瘍学、神経科学を含む研究分野にわたる900以上の主要ターゲットをカバーするために開発されたサンドイッチELISAアッセイです。このキットは、溶液中で抗体-分析物サンドイッチ複合体を形成する半均一性システムであるCaptSureシステムを使用しています。
ポリスチレンTC処理マイクロプレート
コーニングのハイスループットスクリーニング用製品には、比色、発光、蛍光ベースのアッセイ用プレートがあります。コーニングの96ウェルフラットクリアボトムブラックポリスチレンTC処理マイクロプレートは、従来のポリスチレンプレートよりも60％薄い下方測定を行い、バックグラウンド蛍光が少なく、340nmまで測定できるように設計されています。同社によると、384ウェルフラットクリアボトムブラックポリスチレンTC処理マイクロプレートは、バックグラウンド蛍光が低く、光散乱を最小限に抑え、クロストークを低減しています。コーニングの1536ウェルブラック/クリアボトムローベースポリスチレンTC処理マイクロプレートは、高いボトムリーダー感度を提供することを目的としたローベース。
MSインストゥルメンテーションの進歩により、読み出し速度は光学プレートリーダーと同程度に向上しましたが、課題は残っています。
マルチモードリーダー
BMG Labtech社によると、PHERAstar FSXは、ハイスループットスクリーニング用の最も高感度なマルチモードリーダーです。このリーダーには、オプティックモジュールシステム、同時デュアルエミッション、UV/visスペクトロメーター、AASシステム、AlphaScreenおよびTRFレーザーが含まれます。アプリケーションに特異的なフィルター、ミラー、ダイクロイックおよび／またはポラライザーを封じ込めた、アッセイに最適化されたオプティックモジュールが付属しています。また、PHERAstar FSXには、4つの光電子増倍管（PMT）が搭載されており、検出モードに応じて自動的に選択されます。同時デュアルエミッション機能により、2つのWavelengthのアッセイを同時に測定することができます。HTSの自動化には、PHERAstar FSXを自動化システムに組み込むことができます。
タンパク質バイオマーカー研究
Olink社のタンパク質バイオマーカー研究用ツールExplore HTは、2µlのサンプルで5,400種類以上のタンパク質を測定できるように設計されています。同社によると、二重認識、DNA 結合技術は高い特異性を提供し、誤ったターゲットのリスクを低減します。
Explore HTは、数千から数百万サンプルまで、あらゆる規模のタンパク質バイオマーカー探索に使用できるよう設計されています。これは、自動ワークフローとハイスループット・データ取得に最適化されたソフトウェア群によって可能になると Olink 社は述べています。Olink NPX Explore HT ソフトウェアは、QC 分析を実行し、NPX（Normalized Protein eXpression）値とローデータ数を提供することができます。
This article was originally published on Drug Discovery World and reprinted here with permission.
