在任何藥物研發進程中,實驗方法的設計和優化對新藥研發的成功性而言至關重要。我們需要考慮的因素包括:選擇合適的檢測技術,讀取模式,和實驗模型(生物化學,細胞或動物)。通常,這些因素會影響數據質量,生物相關性以及治療的可預測性,終將影響整個臨床前藥物開發工作的成敗。
方法技術的選擇
步是確立解決實驗問題的技術,例如激活,抑制或調控靶標、闡明MOA(作用機制)、確定受體 - 配體或蛋白質 - 蛋白質的相互作用、鑒定和定量疾病特異性生物標志物或血漿中的生物標志物成分。
樣本基質的兼容性
生物標志物測定旨在檢測或定量生物學中的靶標樣本(例如,復雜基質)中的含量,這種負責基質涵蓋范圍有:細胞培養中的分泌蛋白,細胞裂解液,組織提取物,唾液,尿液,血清,血漿,血液的上清液,或其他液體(例如,CSF,BALF)。分析技術可能并非總是如此。某些實驗方法在某些基質中存在干擾而不適用。例如,在血清,血漿或血液中的血紅蛋白表現出廣泛的可見光譜吸光度,即在350和600nm之間。檢測方法中,依賴于這些波長的激發或發射將容易發生干擾。基于洗滌的檢測方法可以避免由于過多復雜基質引起的干擾,因為干擾物質在洗滌過程中被沖走。為了確定基質的相容性,在合適的稀釋液中的加標回收和標準曲線是傳統的驗證方法。
同時,在復雜體系中的抗體選擇也是非常重要的,靶標蛋白可能被修飾或者酶切,影響抗原識別位點,因此,加入蛋白酶抑制劑也是有必要的。
實驗效果 :靈敏度和動態范圍
一個實驗的靈敏度決定了其在動態范圍內的對其靶點的檢測的“分辨率”,同時預警了不同批次批次之間的低檢測范圍的差異性。靈敏度同時也依賴于檢測樣本。血清中的檢測難度高于細胞水平。同時“珍貴樣品”如有限的細胞或者組織會決定測試的容許體積等。方法技術也會影響檢測靈敏度,如發光和熒光的模式比吸收光的模式的靈敏度要好。
動態范圍定義了檢測下限和上限。例如下圖所示,不同的檢測技術對于腫瘤壞死因子TNF的檢測動態范圍達到了數量級的差異。因此,當樣品含量超過了其實驗方法的動態范圍,其濃度,動力學參數,活性,結合力將不準確。因此,需要預先滴定檢測窗口以免達到飽和。
下圖展示了不同實驗技術對于不同的親和力的適用范圍:
特異性
特異性對于確保篩選靶向的靶點或表型非常重要。對于免疫分析,需要考慮針對靶向分析物特異性的抗體,特別是對于靶向蛋白質的部分修飾新表位變化,結合/未結合或活性/非活性狀態。此外,還需要考慮物種和靶點的交叉反應性。
穩定性和準確性
盡管信號強度和和性噪比(S/B)通常被用來評估一個實驗的質量,可重復性和準確性也是非常重要的。Z’是一個非常好的評判標準。例如,相對而言,高Z’而低信噪比的實驗方法好于低Z’高性噪比的實驗方法。與此同時,實驗發法應當具有高重復性,定量實驗應該有標準品做參照。設置好對照,好的標品,抗體,陽性化合物對于建立可靠的實驗是非常重要的。
試劑和其他耗材
對于免疫實驗來說,高靈敏度和搞特異性的抗體非常重要,同時還有對應的酶或重組蛋白。通常,所有的實驗成分,例如細胞、蛋白、酶、輔因子、底物、激動劑,拮抗劑等都需要進行濃度滴定以確定優濃度。該過程能夠確保穩定的動力學研究以及防止過飽和濃度而產生的試劑浪費。(如下圖)
細胞模型
在選擇細胞模型時,應考慮使用原代細胞與重組/永生化細胞系的優缺點,以及研究內源性與重組表達的靶蛋白。同時需要評估目標蛋白的表達水平,因為過多或過少的表達會影響靈敏度和分析質量。細胞傳代和培養條件也會影響實驗質量。
微孔板的選擇
正確選擇微孔板可以減少交叉效應、降低背景、降低信號吸收或放大信號強度。下表顯示了基于檢測方法的微孔板選擇矩陣。
*,藥物研發花費巨大,耗時長。優化已知影響數據質量、生物相關性和治療可預測性的實驗因素終推動整個臨床前藥物開發工作的成功。選擇合適的分析技術、讀取模式和實驗模型以及優化實驗方案為成功和經濟有效的藥物開發奠定基礎。
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