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新型藥物篩選研發(fā)平臺(tái)——CADD

  • 2020-08-13 09:08
  • 作者:黃翰漾 孫媛媛 徐佳熹
  • 來(lái)源:中國(guó)食品藥品網(wǎng)


  隨著技術(shù)要求的不斷提升,在傳統(tǒng)新藥篩選技術(shù)的基礎(chǔ)上,一些新的藥物篩選平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。本站將介紹五種新型藥物篩選研發(fā)平臺(tái),本篇介紹第五種——CADD。


什么是CADD(計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)和虛擬篩選平臺(tái))


  Computer aided drug design,CADD, 以計(jì)算機(jī)化學(xué)為基礎(chǔ),通過(guò)計(jì)算機(jī)的模擬、計(jì)算和預(yù)算藥物與受體生物大分子之間的關(guān)系,設(shè)計(jì)和優(yōu)化先導(dǎo)化合物的方法。運(yùn)用這種新技術(shù),從生化和受體兩方面進(jìn)行藥物設(shè)計(jì)是新藥設(shè)計(jì)的趨向。


  虛擬篩選:virtual screening,VS,也稱計(jì)算機(jī)篩選,在進(jìn)行生物活性篩選之前,利用計(jì)算機(jī)上的分子對(duì)接軟件模擬目標(biāo)靶點(diǎn)與候選藥物之間的相互作用,計(jì)算兩者之間的親和力大小,以降低實(shí)際篩選化合物數(shù)目,同時(shí)提高先導(dǎo)化合物發(fā)現(xiàn)效率。


  原理是通過(guò)X-單晶衍射技等技術(shù)獲得受體大分子結(jié)合部位的結(jié)構(gòu),并且采用分子模擬軟件分析結(jié)合部位的結(jié)構(gòu)性質(zhì),如靜電場(chǎng)、疏水場(chǎng)、氫鍵作用位點(diǎn)分布等信息;運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)搜尋或者全新藥物分子設(shè)計(jì)技術(shù),識(shí)別得到分子形狀和理化性質(zhì)與受體作用位點(diǎn)相匹配的分子;合成并測(cè)試這些分子的生物活性,經(jīng)過(guò)幾輪循環(huán),即可以發(fā)現(xiàn)新的先導(dǎo)化合物。


CADD技術(shù)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)


 ?。?)擁有十幾億的虛擬化合物庫(kù),一次性可以篩選大量化合物。


  CADD可以在藥物研究的早期,把按照人們所期待的具有特定的生物活性的大量的待選分子數(shù),減至較少的數(shù)目,能幫助藥物化學(xué)家作出選擇和比較,并提供活性較優(yōu)的待選分析,待進(jìn)一步研究。還可以對(duì)藥物的受體結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,確定藥物的藥效結(jié)構(gòu),提供藥物設(shè)計(jì)的先導(dǎo)化合物。


 ?。?)加速研發(fā),節(jié)約成本。


  計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)的出現(xiàn)大大加快了研制新藥的速度,節(jié)省了新藥開(kāi)發(fā)工作的人力、物力和財(cái)力,它從理論的角度出發(fā),可避免以前研究過(guò)程中一定程度的盲目性,能進(jìn)行直觀的設(shè)計(jì),指導(dǎo)人們有目的地開(kāi)發(fā)新藥。以美國(guó)SBI提供的數(shù)據(jù)為例,平均每個(gè)新靶點(diǎn)需篩選10萬(wàn)個(gè)化合物,其命中率在0.1%~0.01%,而以計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行新藥設(shè)計(jì),其命中率可提高到5%~20%,可以減少99.9%的費(fèi)用。


CADD技術(shù)平臺(tái)的局限性


 ?。?)目前的藥物設(shè)計(jì)方法,主要是一種基于藥物和靶標(biāo)生物大分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。這種方法僅僅考慮了化合物與靶標(biāo)生物大分子之間的相互結(jié)合,而未考慮兩者之間的其它作用方式。


 ?。?)CADD只是一種輔助性工具,可以為科學(xué)家設(shè)計(jì)藥物提供直觀的模型,篩選后仍需通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。


 ?。?)一個(gè)優(yōu)良的藥物除了與靶標(biāo)分子產(chǎn)生所預(yù)期的相互作用之外,還應(yīng)該具有良好的體內(nèi)輸運(yùn)和分布性質(zhì)以及良好的代謝性質(zhì),而這些要求在基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)方法中未能予以考慮。如設(shè)計(jì)出的體外有效的化合物,在體內(nèi)不一定有生物活性。由于體外與體內(nèi)的條件不同,藥物在體內(nèi)可能會(huì)變構(gòu);影響藥效學(xué)的還有藥物的吸收、分布、代謝和排泄。


 ?。?)由于難以參數(shù)化配體-受體結(jié)合相互作用的復(fù)雜性,因此難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)化合物的正確結(jié)合位置和分類。


  (5)會(huì)有誤報(bào)。


CADD全球發(fā)展進(jìn)程


  在CADD的幫助下上市的藥物包括:captopril(降壓藥);saquinavir,ritonavir,indinavir(用于治療人類免疫缺陷病毒的藥物);aliskiren(降壓藥);tirofiban(纖維蛋白原拮抗劑);dorzolamide(用于治療青光眼);boceprevir(用于治療丙型肝炎的蛋白酶抑制劑);zanamivir(對(duì)流感病毒有選擇性的抗病毒藥);nolatrexed(在用于治療肝癌的III期臨床試驗(yàn)中)。


  TwoXAR:


  創(chuàng)建于在2014年,將計(jì)算機(jī)平臺(tái),大數(shù)據(jù)、云計(jì)算與AI融合,通過(guò)其DUMA?藥物研發(fā)平臺(tái)來(lái)評(píng)估大型公共和私有數(shù)據(jù)集,從而可以在數(shù)分鐘時(shí)間內(nèi)識(shí)別藥物,對(duì)藥物和疾病的匹配度按照概率進(jìn)行排序。


  研究重點(diǎn)包括2型糖尿病,肝癌和類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等疾病。


  Atomwise:


  成立于2012年,是一家利用超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行藥品研發(fā)的公司。


  其核心技術(shù)平臺(tái)為一種深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)AtomNet。通過(guò)自主分析大量的藥物靶點(diǎn)和小分子藥物結(jié)構(gòu)特征,AtomNet可以學(xué)習(xí)小分子藥物與靶點(diǎn)之間相互作用規(guī)律,在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)小分子化合物的生物活性,加快藥物研發(fā)進(jìn)程。


  2019年9月與豪森藥業(yè)達(dá)成合作,將在多個(gè)治療領(lǐng)域針對(duì)11個(gè)未公開(kāi)靶標(biāo)設(shè)計(jì)和發(fā)現(xiàn)潛在的候選藥物。


  Exscientia:


  成立于2012年,開(kāi)發(fā)了人工智能平臺(tái)Centaur Chemist,實(shí)現(xiàn)了藥物開(kāi)發(fā)與研究的自動(dòng)化。


  產(chǎn)品設(shè)計(jì)包含雙重藥理學(xué)的小分子以及由高含量表型數(shù)據(jù)指導(dǎo)的雙特異性小分子,還提供表型藥物設(shè)計(jì),并直接針對(duì)表型和高含量篩選數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)化合物。


  2019年已交付了第一種通過(guò)人工智能與葛蘭素史克(GSK)合作發(fā)現(xiàn)的候選藥物,這是一種治療慢性阻塞性肺病(COPD)的潛在療法。


  睿智化學(xué):


  計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)(CADD)團(tuán)隊(duì)2006年成立,已成功支持多個(gè)藥物化學(xué)一體化項(xiàng)目或單獨(dú)項(xiàng)目。CADD團(tuán)隊(duì)能夠提供全方位計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)的支持和服務(wù)。提供基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)、基于配體的藥物設(shè)計(jì)、理化性質(zhì)和DMPK預(yù)測(cè),焦點(diǎn)庫(kù)/組合庫(kù)建立、計(jì)算化學(xué)方面的專業(yè)咨詢、臨場(chǎng)工作。


  團(tuán)隊(duì)目前已經(jīng)獲得32項(xiàng)專利,并找到6個(gè)臨床實(shí)驗(yàn)的候選藥物。


  康龍化成:


  CADD團(tuán)隊(duì)建立于2011年。通過(guò)對(duì)大量藥物靶點(diǎn)的分子設(shè)計(jì)研究,針對(duì)靶點(diǎn)和小分子之間的正面和負(fù)面的相互作用,分子的物理化學(xué)性質(zhì)和各種藥物化學(xué)知識(shí)建立了豐富的信息庫(kù)。再通過(guò)和有機(jī)化學(xué)部門密切合作,可以應(yīng)用全新藥物設(shè)計(jì)等方法快速地選擇有效的設(shè)計(jì),并借助分子模擬工具改進(jìn)具體的思路。


  晶泰科技:


  基于人工智能和計(jì)算化學(xué)方法,實(shí)現(xiàn)分子結(jié)構(gòu)生成、活性預(yù)測(cè)和性質(zhì)預(yù)測(cè)等多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新,通過(guò)藥物設(shè)計(jì)云平臺(tái)為全球藥企提供小分子藥物設(shè)計(jì)、抗體/多肽研發(fā)合作等多項(xiàng)服務(wù)。


  與輝瑞等多家世界頂級(jí)藥企和新藥研究機(jī)構(gòu)建立穩(wěn)定深入的合作關(guān)系。


  傳統(tǒng)CRO服務(wù)的收入方式主要分為客戶定制服務(wù)(Fee-For-Sevice,F(xiàn)FS)及全時(shí)當(dāng)量服務(wù)(Full-Time Equivalent,F(xiàn)TE)兩種?;谛滦退幬锖Y選平臺(tái)的特性,可以開(kāi)發(fā)出更具前景和潛力的商業(yè)模式。例如DELT領(lǐng)域的龍頭公司成都先導(dǎo),由于DELT具備藥物核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)——藥物結(jié)構(gòu)知識(shí)產(chǎn)權(quán),因此公司可以在與客戶篩選項(xiàng)目不產(chǎn)生利益沖突的情況下,針對(duì)高潛力、高價(jià)值的靶點(diǎn),選擇性的進(jìn)行自主 DEL化合物庫(kù)篩選、新藥發(fā)現(xiàn)與后續(xù)臨床開(kāi)發(fā),在藥物開(kāi)發(fā)到某一特定階段時(shí)轉(zhuǎn)讓給合作伙伴(全部/部分權(quán)益),享受后續(xù)研發(fā)推進(jìn)的里程碑收益及產(chǎn)品上市后的銷售分成。


CADD


相關(guān)鏈接:

新型藥物篩選研發(fā)平臺(tái)——DELT

新型藥物篩選研發(fā)平臺(tái)——PROTAC

新型藥物篩選研發(fā)平臺(tái)——FBDD

新型藥物篩選研發(fā)平臺(tái)——SBDD


風(fēng)險(xiǎn)提示:

1)新型藥物篩選技術(shù)發(fā)展存在不確定性;

2)新型藥物篩選研發(fā)平臺(tái)梳理尚不完善;

3)各研發(fā)平臺(tái)相關(guān)公司梳理尚不完善;

4)行業(yè)政策變化超預(yù)期。


本文僅代表作者觀點(diǎn),不代表本站立場(chǎng)。


(責(zé)任編輯:李碩)

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