【成功案例】找位點，測變化 — 看氫氘交換質譜如何助力創(chuàng)新藥研發(fā)
發(fā)布時間:2022-10-13 閱讀次數(shù)：1068次
自藥品審評審批制度改革以來，大量醫(yī)藥企業(yè)擠入創(chuàng)新藥賽道，中國醫(yī)藥創(chuàng)新市場從注重規(guī)模到聚焦質量的轉型升級已是大勢所趨。新的技術手段為藥物研究與發(fā)現(xiàn)提供了先進、可靠的技術支撐，強力助推原始創(chuàng)新。
氫氘交換質譜(HDX MS)作為研究蛋白質高級結構不可或缺的技術，可以應用于推測蛋白質表位構象、研究蛋白結構動態(tài)變化和蛋白間相互作用位點以及鑒別蛋白表面活性位點等方面，已經(jīng)在高校、科研機構、CRO公司有了越來越廣泛的應用。下面，請跟隨小編，看看擁有世界領先藥物發(fā)現(xiàn)技術平臺的維亞生物是如何結緣沃特世氫氘交換質譜、幫助加速藥物發(fā)現(xiàn)進程的吧！
氫氘交換質譜初體驗
成立于2008年的維亞生物，憑借其世界領先的藥物發(fā)現(xiàn)技術平臺，為全球制藥企業(yè)及生物技術公司提供新藥研究階段的CRO服務，搭建了X射線蛋白晶體技術、冷凍電鏡技術、親和力質譜篩選技術、氫氘交換質譜技術、計算機輔助藥物設計等多個先進技術平臺及專家團隊。
圖1. 維亞生物公司外景。
2015年，在幫助客戶研究sirt1 蛋白激動劑作用機理的過程中，維亞生物首次接觸到了氫氘交換質譜技術，并通過它從難結晶的蛋白中設計出一個可結晶的蛋白片段。研究過程中，團隊利用氫氘交換質譜研究化合物的結合位點并分析化合物結構激活劑的分子機理。在比對了氫氘交換質譜與X射線晶體衍射方法和核磁共振方法之后，團隊發(fā)現(xiàn)三者的研究結果基本吻合。最后，整個項目大獲成功并被發(fā)表在著名期刊 《Nature Communications 》上。
維亞生物高級副總裁蔡建華博士說到：
通過這項研究，氫氘交換質譜給我們留下了非常深刻的印象，讓我們充分感受到這項技術的準確性和可靠性，也讓我們意識到氫氘交換質譜是藥物作用機理研究非常重要的技術手段之一。這也是我們?yōu)槭裁匆潆粨Q質譜平臺的起點。
氫氘交換質譜在藥物研發(fā)中的應用
氫氘交換質譜是一種研究蛋白質空間構象的質譜技術，主要應用于小分子藥物研究、生物藥研究、生命科學研究和病毒研究。其原理是將蛋白質浸入氘水溶液中，蛋白分子主鏈中的酰胺氫會以不同速率與溶液中的氘發(fā)生交換，這一定程度上依賴于構型。由于氘的質量數(shù)比氫大1道爾頓，所以發(fā)生氫氘交換后蛋白質的質量會增大。通過質譜可以檢測到蛋白質不同序列片段的氫氘交換數(shù)目和速率，從而得出蛋白質空間結構的相關信息，推測出不同位點的活性程度。
與其他研究蛋白結構或蛋白與化合物相互作用的方法相比，氫氘交換質譜有其獨特優(yōu)勢。比如：學術上認為核磁共振方法對目標蛋白的大小有所限制，對于一些過大的蛋白是無法研究的； 而X射線晶體衍射方法的關鍵在于蛋白能否結晶。對于一些過大的、難結晶的蛋白，氫氘交換質譜是研究其機理的理想選擇。
維亞生物項目經(jīng)理劉天穎博士說到：
不同的蛋白質結構研究方法有其長處也有其限制，我們可以將這些方法互相補充使用，來更好地了解要研究的目標蛋白或者蛋白化合物的復合體，從而為新藥研發(fā)體系提供一個更完整的解決方案。
圖2. 維亞實驗室內的Waters ACQUITY UPLC M-Class HDX/ SYNAPT G2-Si HDMS系統(tǒng)。
全流程自動化的系統(tǒng)解決方案
氫氘交換實驗的特點在于多時間點、各個時間點多次重復實驗， 因此對實驗精確性、重現(xiàn)性要求非常嚴格。沃特世提供的氫氘交換質譜平臺將采用HDX技術的 ACQUITY UPLC M-Class系統(tǒng)、沃特世質譜儀 SYNAPT G2-Si HDMS以及HDX特定應用軟件DynamX進行有機結合，幫助維亞生物將手動分析過程轉變?yōu)橐惶准墒阶詣踊到y(tǒng)解決方案。
維亞生物項目經(jīng)理劉天穎博士說到：“一方面是考慮到我們與沃特世歷來良好的合作經(jīng)歷，另一方面考慮到平臺完整度，沃特世可以給我們提供從儀器到耗材再到軟件的一站式完整解決方案。所以，我們最 終選擇了沃特世平臺?！?/span>
Waters UPLC HDX MS系統(tǒng)可以自動進行標記實驗、自動終止標記實驗，自動進行進樣分析并自動在線酶切。劉天穎博士說： “包括機械臂在內的自動化操作，有助于我們盡可能地減少手工操作造成的偏差。舉個例子，假設實驗安排非常緊迫，我們可以讓這個儀器在實驗室單獨完成過夜實驗，不需要人工操作，這樣約等于一天24小時都可以進行實驗操作，是效率非常高的一套設備?！?/span>
圖3. 實驗人員正在操作氫氘交換質譜。
維亞生物項目經(jīng)理劉天穎博士說到：
在服務客戶的過程中，我們的客戶廣泛認可沃特世的HDX平臺是一個成熟、完整且可靠的解決方案。由于平臺提供一定的可修改空間，實際實驗過程中，我們針對具體的項目會對流程進行一些創(chuàng)新，以更好地滿足客戶的需求，這也讓客戶一直以來對我們的實驗結果很滿意。
準確的定量和全面的數(shù)據(jù)覆蓋
高通量、高靈敏度和高分辨率的數(shù)據(jù)對氫氘交換實驗至關重要， 有助于滿足復雜體系研究的要求，實現(xiàn)未知化合物的鑒定工作。
然而，面對氫氘交換質譜聯(lián)用給出的繁雜數(shù)據(jù)，人工處理的工作量極大。如果僅靠手動記錄、組織這些數(shù)據(jù)，可能需要花費四周左右的時間才能完成一套實驗數(shù)據(jù)的處理。不僅時效性差，且需要專業(yè)解析。而DynamX HDX數(shù)據(jù)分析軟件解決了這一問題，它為維亞提供了一個強大的數(shù)字化分析平臺（自動數(shù)據(jù)排序、含量曲線、蝶形圖以及差異圖等），幫助研究人員快速評估蛋白質中可能的構象變化。
圖4. DynamX軟件中的多維度對比視圖。
維亞生物項目經(jīng)理劉天穎博士說到：
“DynamX軟件的用戶交互是比較直觀的，使用起來非常便利。在DynamX軟件的幫助下，我們只需要一周不到的時間， 就能完成整個一套實驗數(shù)據(jù)的確認和處理。”
發(fā)展前景
隨著近兩年市場競爭愈發(fā)激烈，很多國內公司開始做真正原創(chuàng)的項目，他們需要新的技術手段來幫助他們解決機理問題。未來，維亞生物將繼續(xù)增強技術壁壘、提升研發(fā)與生產(chǎn)服務能力，為全球更多的創(chuàng)新藥企業(yè)提供優(yōu)質的多元化服務，助益全球病患。