Các phương pháp sàng lọc thông lượng cao

Sàng lọc thông lượng cao (HTS) là quá trình thử nghiệm tự động các bộ sưu tập lớn hợp chất hóa học đối với một xét nghiệm sinh học để tìm ra những hợp chất có hoạt tính. Bằng cách sử dụng các xét nghiệm được thu nhỏ, robot và đĩa vi giếng, HTS có thể đánh giá hàng trăm nghìn đến hàng triệu hợp chất, cung cấp các điểm khởi đầu (hits) để thúc đẩy phần còn lại của quá trình khám phá thuốc. Giá trị của nó phụ thuộc vào chất lượng và thiết kế của xét nghiệm cũng như quy mô của nó.

Definition

Sàng lọc thông lượng cao là quá trình xét nghiệm tự động, có hệ thống các thư viện hợp chất lớn đối với một mục tiêu sinh học hoặc kiểu hình để xác định các hợp chất (hits) tạo ra hoạt tính có thể đo lường được đáng để theo dõi.

Scope

Chủ đề này bao gồm các nguyên tắc và phương pháp của HTS: các định dạng xét nghiệm (sinh hóa và dựa trên tế bào), thiết kế thư viện, thu nhỏ và tự động hóa, và kiểm soát thống kê chất lượng dữ liệu, bao gồm cả yếu tố Z được sử dụng để đánh giá độ tin cậy của xét nghiệm. Nó cũng đề cập đến các lựa chọn thay thế và bổ sung như sàng lọc dựa trên mảnh ghép và sàng lọc ảo. Đây là tài liệu tham khảo và không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Làm thế nào để sàng lọc các thư viện hợp chất lớn một cách hiệu quả và có thể tái lập?
• Điều gì phân biệt một xét nghiệm sàng lọc được thiết kế tốt, đáng tin cậy với một xét nghiệm nhiều nhiễu?
• Chất lượng xét nghiệm được định lượng như thế nào để các hit thực sự có thể được tách ra khỏi nhiễu?
• HTS phù hợp ở đâu so với sàng lọc dựa trên mảnh ghép, kiểu hình và ảo?

Key concepts

• Thư viện hợp chất
• Xét nghiệm sinh hóa so với xét nghiệm dựa trên tế bào
• Thu nhỏ và tự động hóa đĩa vi giếng
• Yếu tố Z và độ tin cậy của xét nghiệm
• Tỷ lệ hit
• Dương tính giả và nhiễu xét nghiệm
• Thiết kế sàng lọc

Key theories

Chất lượng xét nghiệm như một thuộc tính có thể đo lường được (yếu tố Z)

Độ tin cậy của một xét nghiệm sàng lọc có thể được tóm tắt trong một thống kê không thứ nguyên duy nhất, yếu tố Z, được suy ra từ giá trị trung bình và độ biến thiên của các kiểm soát dương tính và âm tính, cho phép các sàng lọc được xác nhận và so sánh trước và trong một chiến dịch.

Mechanisms

Trong một sàng lọc điển hình, mỗi giếng của đĩa vi giếng nhận một hợp chất khác nhau, và một tín hiệu có thể phát hiện được (thường là huỳnh quang hoặc phát quang) báo cáo hoạt tính đối với mục tiêu hoặc trong một kết quả đọc tế bào. Robot xử lý việc phân phối chất lỏng và di chuyển đĩa để có thể xử lý các thư viện rất lớn. Bởi vì hoạt tính phải được phân biệt với sự biến đổi ngẫu nhiên và các hiện vật của xét nghiệm, các kiểm soát thống kê là rất cần thiết: yếu tố Z so sánh sự phân tách giữa các kiểm soát dương tính và âm tính với sự biến thiên kết hợp của chúng, đưa ra một thước đo tiêu chuẩn về việc liệu một xét nghiệm có đủ tốt để sàng lọc hay không. Thiết kế sàng lọc tốt — lựa chọn định dạng xét nghiệm, thư viện và ngưỡng — định hình mạnh mẽ những hit nào xuất hiện và có bao nhiêu hit là giả.

Clinical relevance

Nhiều điểm khởi đầu hóa học đằng sau các loại thuốc hiện đại đã được tìm thấy bằng HTS, vì vậy việc hiểu phương pháp này giúp giải thích cách thức và lý do tại sao các hợp chất cụ thể đi vào quá trình phát triển. Mục này mô tả một phương pháp khám phá và mang tính giáo dục; nó không phải là cơ sở cho các quyết định lâm sàng hoặc điều trị.

Evidence & guidelines

Tài liệu liên quan mang tính phương pháp luận. Bài báo về yếu tố Z cung cấp một tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi để xác nhận xét nghiệm, trong khi các đánh giá về thiết kế sàng lọc và tạo ra hit và lead đưa ra thực hành tốt và những hạn chế của HTS so với các phương pháp bổ sung như phương pháp dựa trên mảnh ghép và dựa trên cấu trúc.

History

HTS phát triển từ sự hội tụ vào những năm 1980 và 1990 của tự động hóa, thu nhỏ xét nghiệm và các bộ sưu tập hợp chất tổ hợp lớn, trở thành một động cơ trung tâm của khám phá dược phẩm. Khi các sàng lọc được mở rộng quy mô, nhu cầu kiểm soát chất lượng khách quan đã dẫn đến các thống kê tiêu chuẩn như yếu tố Z (1999). Các đánh giá sau đó nhấn mạnh rằng nhiều hợp chất hơn không tự động mang lại các lead tốt hơn, thúc đẩy sự chú ý đến thiết kế xét nghiệm và các chiến lược bổ sung ngoài sàng lọc thô.

Debates

Liệu quy mô sàng lọc đơn thuần có mang lại các lead tốt hơn không?

Các thư viện lớn hơn làm tăng cơ hội tìm thấy các hit nhưng cũng tăng nguy cơ dương tính giả và các kiểu hóa học không mong muốn; các nhà đánh giá đã lập luận rằng thiết kế xét nghiệm và thư viện chu đáo, và sự tích hợp với các phương pháp dựa trên mảnh ghép và tính toán, quan trọng hơn thông lượng thô.

Key figures

• Ji-Hu Zhang
• W. Patrick Walters
• Konrad Bleicher

Seminal works

• zhang-1999
• walters-namchuk-2003

Frequently asked questions

Yếu tố Z trong sàng lọc thông lượng cao là gì?

Yếu tố Z là một thống kê không thứ nguyên tóm tắt mức độ một xét nghiệm sàng lọc phân tách các phản ứng hoạt động khỏi các phản ứng không hoạt động, dựa trên giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của các kiểm soát dương tính và âm tính; nó được sử dụng để đánh giá xem một xét nghiệm có đủ tin cậy để sàng lọc hay không.

Sàng lọc thông lượng cao có phải là cách duy nhất để tìm ra các hit không?

Không. Đây là một phương pháp chính, nhưng sàng lọc dựa trên mảnh ghép, sàng lọc ảo (tính toán) và các phương pháp kiểu hình là những con đường bổ sung để xác định các hợp chất khởi đầu.