【Portfolio】维亚生物程学恒博士:大分子VS小分子,小分子新药发现技术或是突破的关键

Jun 19, 2022 | Source: Viva Biotech 

维亚-VVB logo.jpg

一直以来,关于小分子VS大分子药物,谁更优,谁更能代表未来的争辩从未止步。特别是,随着几款生物大分子重磅药接连上市后,小分子药物黄金时代已经过去的言论更是喧嚣而上。但实则小分子药物的开发同样不可忽视,其发展历史相对较长,拥有可观的潜在靶点数量,且随着新技术的不断涌现,持续拓展行业的发展空间。

6月10日,由维亚生物推出的系列专题分享直播——维亚医药观第4期已正式上线。维亚生物首席技术官程学恒博士做客本期直播间,列举具体案例,系统介绍了“小分子新药发现技术的应用:FBDD及其它筛选方法”。

请登录「腾讯视频/bilibili」搜索“维亚医药观”相关主题,观看视频回放,了解更多精彩内容!

基于片段的药物发现(FBDD)优势有哪些?

 

在新药研发过程中,先导化合物的发现和优化是至关重要的一步,其中高质活性化合物能够大大缩短研发周期,提高研发效率。过去很多制药企业采用经典的高通量筛选(HTS)发现新药分子,但是这种方法高度依赖巨大的化合物数量、且周期长、费用高,极大地制约了小分子新药的开发。

随着技术的不断发展与演进,许多新型小分子技术应运而生,其中基于片段的药物发现(FBDD)已成为新药开发的主要途径之一。程学恒博士着重分享了FBDD与HTS的比较:

 

 

 

 

 

 

 

 

他强调:“相比HTS,片段化合物分子量更小,苗头化合物更具潜力,且后续有更多结构优化空间。其次,片段化合物和蛋白结合位点契合度更高,更有望成为高结合效率的先导化合物。”

FBDD成功开发的前提是建立高质量的片段化合物库。片段化合物库一般需要满足分子量小于300Da、结构多样化高、苗头化合物亲和力和生物活性低、水溶解度高等特点。维亚生物建有2个片段化合物库:含2500个化合物的维亚片段化合物库1,主要用于ASMS筛选;包含960个化合物的维亚片段化合物库2,主要用于SPR和X-ray结晶筛选。维亚基于专有的化合物库,采用多样化的筛选技术助力苗头和先导化合物的发现及优化。

筛选获得活性片段化合物后,还需要对其进行连接及优化,以得到潜在药物分子,常用的优化策略有:片段扩展法(Growth or Evolution)和片段连接法(Linking or Merging)。在此,程学恒博士列举了一个Mat2A(甲硫氨酸腺苷转移酶 2A) 变构抑制剂的案例,其在维亚的主导与支持下,成功完成了从片段化合物筛选到临床前候选化合物的确定。目前该案例中的研究成果已发表在Journal of Medicinal Chemistry。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Mat2A变构抑制剂案例)

新药发现的关键步骤有哪些?

 

新药发现是一个从无到有的过程,这其中涉及了很多重要环节,基于片段的药物发现亦是如此。维亚拥有高效的靶标制备能力,建有种类齐全的化合物库,通过多样化筛选手段及苗头化合物组合验证方法,再结合覆盖全流程的药物化学和计算化学,提供全球领先的早期基于结构的药物研发服务。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(维亚新药发现技术平台)

在此,程学恒博士列举2个成功案例进行深入阐述。在新机理首创抗癌药发现案例中,维亚基于新药发现技术平台,成功实现了6个月从筛选到共晶;1年到先导化合物;3年内到临床候选化合物。目前案例中的化合物已发表于Journal of Medicinal Chemistry,同时也是该领域首个进临床二期的药物。

 

 

 

(新机理首创抗癌药发现案例)

 

另一个小分子PCSK9变构抑制剂案例中,维亚通过SPR验证、共晶结构及一系列的药物化学、生物物理和生物化学的方法组合应用,成功实现了3年内从苗头化合物到临床候选化合物的重要进展。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(小分子PCSK9变构抑制剂案例)

 

 

善用新药筛选利器是关键

上面提到了维亚的多种筛选手段,这也是当下驱动小分子药物创新必不可少的一环。对此,程学恒博士重点阐述了维亚的亲和力筛选方法。

维亚搭建了独有的亲和力筛选平台,囊括了ASMS、SPR、TSA、Crystal soaking、Intact-MS等多种筛选技术,可针对维亚化合物库或者客户提供的化合物库,展开高效、一站式的非共价结合和共价结合化合物筛选。

(维亚亲和力筛选平台)

 

  • ASMS筛选

 

ASMS技术是传统高通量筛选技术的升级。其不依赖放射性、荧光标记或酶活性,所需化合物浓度低,方法开发简便,筛选通量高,适用于广泛的筛选形式及条件,可筛选传统方法不容易测定的靶标。维亚生物选择将超滤ASMS、超速离心ASMS和分子排阻ASMS这3种技术相结合,基于维亚独有的化合物库,设计出了一种快速、灵活、几乎能筛选所有可溶性蛋白靶标及化合物库的自主平台,常运用于筛选变构抑制剂、靶点蛋白的不同构象形式、配体竞争化合物、蛋白复合物、多个靶点蛋白的混合物等。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(三种不同亲和力质谱技术)

此外,针对比较难筛选的靶点,维亚也可提供差异化的筛选策略,如膜制备过表达蛋白、蛋白悬浮颗粒筛选(原纤维等聚合体)、变温度ASMS(部分变性蛋白)、相分离筛选(生物分子凝聚体)等。

 

  • SPR筛选

 

SPR是基于光学现象构建的生物分子相互作用的新型生物传感分析技术,不光能测定化合物与蛋白结合,还能测定结合和解离的动力学速率,为优化化合物提供有效信息(用其他方法很难得到),大大提升了小分子药物亲和力筛选的效率。维亚构建了稳定的Biacore 8K/Biacore S200检测平台,每天可完成超500个化合物的多浓度筛选,每年交付超100个SPR测试方法的开发,广泛应用于化合物筛选及化合物-蛋白质及蛋白-蛋白相互作用Kd的测定。

维亚SPR筛选化合物案例:

 

 

 

 

 

  • 晶体浸泡法筛选

 

晶体浸泡法筛选(Crystal soaking),是基于片段化合物药物发现的一个重要手段。这个方法不光能测定化合物与蛋白结合,还能得到化合物和蛋白相互作用的结构信息,对优化化合物很有帮助。实验流程上,一般包括化合物准备、高通量浸泡、数据收集和结构分析等步骤。维亚生物拥有全球规模最大的蛋白质结构研究平台,使用一流的软硬件,每年解析晶体结构高达约8000个,具有极高的成功率,最高分辨率达0.7埃。

晶体浸泡法筛选片段化合物库案例:

 

  • TSA筛选

 

TSA(Thermal Shift,热漂移分析),作为测定蛋白质热稳定性(热变性温度的变化或漂移)的一种技术,可用于大规模筛选特定蛋白的配体。维亚生物采用384孔板进行TSA筛选,通量可达到每周数千个样品。

 

  • 共价片段化合物库筛选

 

经典片段化合物筛选往往存在苗头化合物活性太弱、构效关系不清晰等局限性,共价片段化合物筛选在此基础上进行了优化,能够快速发现活性较强的苗头化合物,并有助于探索难成药靶点的新药分子。维亚利用Intact-MS技术实现共价筛选,后续还可通过Peptide mapping鉴定结合位点,找到最有潜力的小分子。

1.png
2.png
3.png
5.png
6.png
7.png
8.png
9.png
10.png