药物发现中的毒理学方法

在过去的十年里，毒理学领域发生了巨大的变化，毒理学专家正在远离传统的技术，转向新的方法来评估毒性。更具体地说，他们正在拥抱细胞培养、分子生物学和使用计算机建模进行毒理学结果预测的先进领域。

“当今毒理学最令人兴奋的方面在于21^圣世纪范式．.．毒理学研究中分子终点的加入为机制效应带来了新的见解，并提高了预测能力。21^圣世纪毒理学为我们提供了更有效、高效和可靠的检测策略的潜力，这对制药和生物技术等行业以及监管机构具有深远的影响……”Ulrike Kogel博士，菲利普莫里斯国际公司系统毒理学高级科学家

近年来发生了显著的变化。在这里，我们重点介绍了在药物发现领域中用于评估毒理学的四种方法。

1.毒理学在活的有机体内

进行临床前毒理学测试，以确定研究化合物的器官和剂量特异性影响。¹使用动物模型进行毒性研究始于20世纪20年代¹但直到20世纪60年代的“沙利度胺灾难”，毒理学测试的重要性和知名度才急剧上升。从那时起，监管机构一直强调在药物开发过程中进行严格的毒性测试的要求。

在过去的几年里，确实有一种转变在体外毒性试验可作为在活的有机体内方法。但是为什么呢?除了出于研究目的而使用动物模型的伦理问题外，还有其他几个因素会影响对动物模型有效性的信心在活的有机体内测试。

首先，很明显，这些模型和我们不是同一个物种。不同的动物有不同的防御机制，这可能导致产生错误或误导性的结果。不自然的环境、人类的接触和压力都会改变动物的反应。对这些因素的不同生理反应可能掩盖、加重或触发毒性指标。²

压力是一个特别具有破坏性的变量，能够干扰关键的通路，最终危及整个实验模型。¹这个变量的明显缺失在体外模型使它们成为预测潜在毒性作用的更可靠的工具。

2.毒理学在体外

“最重要的发展是在先进的体外测试模型领域。它们为我们提供了新的、生理相关的测试能力，并有可能减少体内模型的必要性，提供更及时的结果，并对潜在毒性的生物过程有更深入的了解。”Ulrike Kogel博士，菲利普莫里斯国际公司系统毒理学高级科学家

开发和验证非动物方法，即在体外而且在网上近年来，模特数量有所增加。基本在体外使用二维测试细胞分析已经在整个药物研发管道然而，这些也有局限性。

三维系统在准确反映生理系统方面具有更大的潜力。重建人体组织反应的能力organ-on-a-chip模型已经彻底改变了方式在体外进行毒理学检测。

更传统的静态井系统正被灌注流体系统所主导，该系统能够以更复杂的方式模拟生理条件，能够更好地呈现化合物的毒理学效应。

3.毒理学在网上

在网上毒理学采用计算技术来分析、模拟或预测化合物的毒性和ADME，作为“现实生活”的替代方案(在体外而且在活的有机体内)方法。^3.，4 在网上方法主要基于定量构效关系(qsar);一种化合物的化学结构与其生物活性之间的联系。

“与计算建模相关，毒理学测试的日益复杂和预测能力有可能提供对不良影响的更好理解。QSAR模型提供了预测药物靶点及其脱靶的工具。”Ulrike Kogel博士，菲利普莫里斯国际公司系统毒理学高级科学家

在网上模型利用药物发现过程中高通量筛选产生的数据集。使用生物信息学和化学信息学分析数据，最终目的是识别和优先考虑“先导”化合物。⁴

4.Toxicogenomics

毒理学基因组学结合了毒理学和“组学”技术，涵盖基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学。这些策略可用于确定控制对有毒化合物反应的分子机制。⁵

基因组学:DNA测序技术已经取得了巨大的进步，从而构建了包括人类在内的许多生物的基因组。当涉及到毒理学时，这些“遗传目录”的用处有限，因为它们不能捕捉个体遗传变异——最终导致个体对特定化合物的个性化反应的因素。

然而，在某些情况下，选择作为人体毒性临床前模型的生物体不能准确反映在人体中看到的分子和细胞反应。这种差异可能是由于遗传变异造成的。基因组测序可以建立进化物种特异性差异，以确定模式生物的生物学相关性。⁶

转录组:一个生物体的RNA转录本的总和被定义为它的转录组。⁷转录组分析的两个关键技术包括微阵列和RNA-Seq。微阵列分析使用固定化核苷酸探针，可以杂交标记的rna。RNA- seq使用下一代测序来确定样本中RNA的存在和数量。RNA-seq能够表征暴露于化合物的细胞的转录组反应，揭示潜在的有害影响。

蛋白质组学和代谢组学:质谱(MS)和核磁共振(NMR)领域的关键进展推动了蛋白质组学和代谢组学作为确定毒理学的手段的扩展。⁵研究生物体的蛋白质组可以让你获得基因组学研究无法获得的细胞洞察力。基于凝胶的蛋白质组学和“鸟枪”蛋白质组学是使用的两种主要方法。

代谢组学包括对小分子代谢物的分析。代谢物既受环境因素影响，也受遗传因素影响。⁸由于代谢组的动态性质，很难进行分析，通常需要多种分析技术来从代谢组数据中获得足够的见解。