【成功案例】找位點(diǎn)，測(cè)變化 — 看氫氘交換質(zhì)譜如何助力創(chuàng)新藥研發(fā)
發(fā)布時(shí)間:2022-10-13 閱讀次數(shù)：1179次
自藥品審評(píng)審批制度改革以來(lái)，大量醫(yī)藥企業(yè)擠入創(chuàng)新藥賽道，中國(guó)醫(yī)藥創(chuàng)新市場(chǎng)從注重規(guī)模到聚焦質(zhì)量的轉(zhuǎn)型升級(jí)已是大勢(shì)所趨。新的技術(shù)手段為藥物研究與發(fā)現(xiàn)提供了先進(jìn)、可靠的技術(shù)支撐，強(qiáng)力助推原始創(chuàng)新。
氫氘交換質(zhì)譜(HDX MS)作為研究蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)不可或缺的技術(shù)，可以應(yīng)用于推測(cè)蛋白質(zhì)表位構(gòu)象、研究蛋白結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化和蛋白間相互作用位點(diǎn)以及鑒別蛋白表面活性位點(diǎn)等方面，已經(jīng)在高校、科研機(jī)構(gòu)、CRO公司有了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。下面，請(qǐng)跟隨小編，看看擁有世界領(lǐng)先藥物發(fā)現(xiàn)技術(shù)平臺(tái)的維亞生物是如何結(jié)緣沃特世氫氘交換質(zhì)譜、幫助加速藥物發(fā)現(xiàn)進(jìn)程的吧！
氫氘交換質(zhì)譜初體驗(yàn)
成立于2008年的維亞生物，憑借其世界領(lǐng)先的藥物發(fā)現(xiàn)技術(shù)平臺(tái)，為全球制藥企業(yè)及生物技術(shù)公司提供新藥研究階段的CRO服務(wù)，搭建了X射線蛋白晶體技術(shù)、冷凍電鏡技術(shù)、親和力質(zhì)譜篩選技術(shù)、氫氘交換質(zhì)譜技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)等多個(gè)先進(jìn)技術(shù)平臺(tái)及專家團(tuán)隊(duì)。
圖1. 維亞生物公司外景。
2015年，在幫助客戶研究sirt1 蛋白激動(dòng)劑作用機(jī)理的過(guò)程中，維亞生物首次接觸到了氫氘交換質(zhì)譜技術(shù)，并通過(guò)它從難結(jié)晶的蛋白中設(shè)計(jì)出一個(gè)可結(jié)晶的蛋白片段。研究過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)利用氫氘交換質(zhì)譜研究化合物的結(jié)合位點(diǎn)并分析化合物結(jié)構(gòu)激活劑的分子機(jī)理。在比對(duì)了氫氘交換質(zhì)譜與X射線晶體衍射方法和核磁共振方法之后，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)三者的研究結(jié)果基本吻合。最后，整個(gè)項(xiàng)目大獲成功并被發(fā)表在著名期刊 《Nature Communications 》上。
維亞生物高級(jí)副總裁蔡建華博士說(shuō)到：
通過(guò)這項(xiàng)研究，氫氘交換質(zhì)譜給我們留下了非常深刻的印象，讓我們充分感受到這項(xiàng)技術(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性，也讓我們意識(shí)到氫氘交換質(zhì)譜是藥物作用機(jī)理研究非常重要的技術(shù)手段之一。這也是我們?yōu)槭裁匆潆粨Q質(zhì)譜平臺(tái)的起點(diǎn)。
氫氘交換質(zhì)譜在藥物研發(fā)中的應(yīng)用
氫氘交換質(zhì)譜是一種研究蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的質(zhì)譜技術(shù)，主要應(yīng)用于小分子藥物研究、生物藥研究、生命科學(xué)研究和病毒研究。其原理是將蛋白質(zhì)浸入氘水溶液中，蛋白分子主鏈中的酰胺氫會(huì)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(gòu)型。由于氘的質(zhì)量數(shù)比氫大1道爾頓，所以發(fā)生氫氘交換后蛋白質(zhì)的質(zhì)量會(huì)增大。通過(guò)質(zhì)譜可以檢測(cè)到蛋白質(zhì)不同序列片段的氫氘交換數(shù)目和速率，從而得出蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息，推測(cè)出不同位點(diǎn)的活性程度。
與其他研究蛋白結(jié)構(gòu)或蛋白與化合物相互作用的方法相比，氫氘交換質(zhì)譜有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。比如：學(xué)術(shù)上認(rèn)為核磁共振方法對(duì)目標(biāo)蛋白的大小有所限制，對(duì)于一些過(guò)大的蛋白是無(wú)法研究的； 而X射線晶體衍射方法的關(guān)鍵在于蛋白能否結(jié)晶。對(duì)于一些過(guò)大的、難結(jié)晶的蛋白，氫氘交換質(zhì)譜是研究其機(jī)理的理想選擇。
維亞生物項(xiàng)目經(jīng)理劉天穎博士說(shuō)到：
不同的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究方法有其長(zhǎng)處也有其限制，我們可以將這些方法互相補(bǔ)充使用，來(lái)更好地了解要研究的目標(biāo)蛋白或者蛋白化合物的復(fù)合體，從而為新藥研發(fā)體系提供一個(gè)更完整的解決方案。
圖2. 維亞實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的Waters ACQUITY UPLC M-Class HDX/ SYNAPT G2-Si HDMS系統(tǒng)。
全流程自動(dòng)化的系統(tǒng)解決方案
氫氘交換實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)在于多時(shí)間點(diǎn)、各個(gè)時(shí)間點(diǎn)多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)， 因此對(duì)實(shí)驗(yàn)精確性、重現(xiàn)性要求非常嚴(yán)格。沃特世提供的氫氘交換質(zhì)譜平臺(tái)將采用HDX技術(shù)的 ACQUITY UPLC M-Class系統(tǒng)、沃特世質(zhì)譜儀 SYNAPT G2-Si HDMS以及HDX特定應(yīng)用軟件DynamX進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，幫助維亞生物將手動(dòng)分析過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)橐惶准墒阶詣?dòng)化系統(tǒng)解決方案。
維亞生物項(xiàng)目經(jīng)理劉天穎博士說(shuō)到：“一方面是考慮到我們與沃特世歷來(lái)良好的合作經(jīng)歷，另一方面考慮到平臺(tái)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(tái)?！?/span>
Waters UPLC HDX MS系統(tǒng)可以自動(dòng)進(jìn)行標(biāo)記實(shí)驗(yàn)、自動(dòng)終止標(biāo)記實(shí)驗(yàn)，自動(dòng)進(jìn)行進(jìn)樣分析并自動(dòng)在線酶切。劉天穎博士說(shuō)： “包括機(jī)械臂在內(nèi)的自動(dòng)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(gè)例子，假設(shè)實(shí)驗(yàn)安排非常緊迫，我們可以讓這個(gè)儀器在實(shí)驗(yàn)室單獨(dú)完成過(guò)夜實(shí)驗(yàn)，不需要人工操作，這樣約等于一天24小時(shí)都可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，是效率非常高的一套設(shè)備?！?/span>
圖3. 實(shí)驗(yàn)人員正在操作氫氘交換質(zhì)譜。
維亞生物項(xiàng)目經(jīng)理劉天穎博士說(shuō)到：
在服務(wù)客戶的過(guò)程中，我們的客戶廣泛認(rèn)可沃特世的HDX平臺(tái)是一個(gè)成熟、完整且可靠的解決方案。由于平臺(tái)提供一定的可修改空間，實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們針對(duì)具體的項(xiàng)目會(huì)對(duì)流程進(jìn)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(lái)對(duì)我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果很滿意。
準(zhǔn)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(duì)氫氘交換實(shí)驗(yàn)至關(guān)重要， 有助于滿足復(fù)雜體系研究的要求，實(shí)現(xiàn)未知化合物的鑒定工作。
然而，面對(duì)氫氘交換質(zhì)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(dòng)記錄、組織這些數(shù)據(jù)，可能需要花費(fèi)四周左右的時(shí)間才能完成一套實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理。不僅時(shí)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(wèn)題，它為維亞提供了一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)字化分析平臺(tái)（自動(dòng)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(píng)估蛋白質(zhì)中可能的構(gòu)象變化。
圖4. DynamX軟件中的多維度對(duì)比視圖。
維亞生物項(xiàng)目經(jīng)理劉天穎博士說(shuō)到：
“DynamX軟件的用戶交互是比較直觀的，使用起來(lái)非常便利。在DynamX軟件的幫助下，我們只需要一周不到的時(shí)間， 就能完成整個(gè)一套實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的確認(rèn)和處理。”
發(fā)展前景
隨著近兩年市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，很多國(guó)內(nèi)公司開(kāi)始做真正原創(chuàng)的項(xiàng)目，他們需要新的技術(shù)手段來(lái)幫助他們解決機(jī)理問(wèn)題。未來(lái)，維亞生物將繼續(xù)增強(qiáng)技術(shù)壁壘、提升研發(fā)與生產(chǎn)服務(wù)能力，為全球更多的創(chuàng)新藥企業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的多元化服務(wù)，助益全球病患。