更快、更便宜、更好——筛查行业的口号，无论是使用高通量筛查(HTS)还是高含量筛查(HCS)来识别先导，并选择新的候选药物进行开发。更快地筛选化合物库，可能会使用并行测试的更小、更智能的化合物集。通过小型化降低高铁和高铁的成本。通过使用更多相关的细胞、组织和疾病模型以及可以集成仪器系统和数据集的软件工具，改善筛查结果。
HTS和HCS的总体趋势继续集中在以更少的时间和更少的费用收集更多更好的信息。以下是筛选技术进步和挑战的例子和观点。
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三维组织模型
去年年底，美国国立卫生研究院授予MIMETAS和匹兹堡大学SBIR拨款，以支持该公司用于高通量发现和开发的芯片上肝脏平台的开发。该技术的目标是在微流体装置中提供肝组织模型，从而能够准确预测肝毒性，而无需在动物体内筛选药物化合物。
MIMETAS董事总经理兼联合创始人Jos Joore博士说:“制药公司意识到，他们所做的大多数临床前测试都不够好。多达9 / 10的候选药物在临床试验中失败，其中大部分是由于毒性和疗效问题。在Joore看来，制药公司需要3D组织模型，以便更好更准确地预测化合物在人体中的作用。
MIMETAS OrganoPlate
据Joore说，制药公司首先开始在毒理学和临床前环境中评估MIMETAS的器官芯片技术，现在越来越多地使用它来识别具有新功能的新药化合物。Joore博士说:“在过去的一年半里，我们看到了一个显著的趋势，制药公司希望在器官芯片设备中模拟特定的疾病表型，如血管纤维化或帕金森病或阿尔茨海默病等复杂疾病，以筛选化合物。”该公司的OrganoPlate®技术可以在分离但并置的微室中共培养细胞外基质中不同细胞类型的分层水平，允许细胞相互作用，也可以连续灌注培养基。
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总部位于苏黎世的CellSpring正在开发3D Bloom®仿生微组织，用于筛选预测药物化合物的安全性和有效性。3D Bloom技术是基于两种生物聚合物之间的化学相互作用，一旦它们在微孔板中接触就会交联。当添加细胞时，如肝细胞或肿瘤细胞，它们被困在一个密切模仿体内生理和细胞外基质的环境中，分别形成肝脏或肿瘤微组织。
与这些细胞在体内的表达相比，在2D培养中生长的细胞具有非常不同的基因、蛋白质和潜在药物靶点的表达模式。在2D培养中，细胞不会受到相同的机械影响、外部信号或扩散速率，这些都会影响基因表达。这些因素可以在三维显微组织中模拟。CellSpring公司联合创始人、首席技术官克里斯·米兰博士说:“特别是在肿瘤中，细胞和携带药物的血管之间有一定的距离。“你不仅要给细胞正确的机械环境，还必须模拟它们从脉管系统接收分子的方式。”
3D Bloom技术基于两种生物聚合物(3DB1和3DB2)，它们在细胞存在的情况下混合后自发交联。30分钟后(中间步骤)，可以添加媒体并开始筛选(右)。显微图像是人体脂肪细胞用油红O染色，可见其脂滴。
CellSpring与Tecan合作，在Freedom EVO®平台上实现3D Bloom微组织药物筛选的自动化过程。自动化提高了速度、一致性和产量，使筛选更多化合物成为可能，并确保“不会出现人为错误，因此我们对结果更有信心，”米兰博士说。
目前最大的挑战是创建包含血液中常见细胞(白细胞和其他类型的免疫细胞)的显微组织模型，这些细胞的自然环境不同于实体肿瘤细胞或器官。米兰博士说:“在一个简化的体外模型中，很难同时具有两者的特性。”“这就是挑战所在，也是重点所在，我认为这个问题会得到解决。”
吞吐量升级
BMG LABTECH的应用专家Andrea Krumm看到学术界对高温超导越来越感兴趣，越来越多的大学建立了高温超导设施。例如，这些HTS能力正在满足化合物生成和测试以及研究信号转导途径的内部需求，并作为技术平台提供给非学术和企业合作伙伴。
Krumm说:“现在HTS的首选板型似乎是384-和1536-well。”虽然使用3456孔板可以提高通量和降低成本，由于分析的小型化，板的处理和孔填充任务变得更加复杂，并且需要专门的仪器可以减少改用高密度板的好处。
BMG LABTECH的PHERAstar微孔板阅读器的用户“主要运行TR-FRET(如HTRF或LanthaScreen™)分析和AlphaScreen®，”Krumm说，然而，他指出，荧光偏振正在重新流行起来，“主要是由于其简单和低成本的分析制备，以及高灵敏度和低可变性，高倾向板阅读器允许今天。”为了缩短PHERAstar FSX阅读器的检测时间，BMG LABTECH为其配备了用于TRF/TR-FRET分析的高频激发激光器，该激光器在337 nm处激发样品。Krumm说:“每秒60次激光闪光，可以实现超高速TR-FRET端点甚至TR-FRET动力学测量。”
分析技术的进步正在继续推动新的HTS能力，Krumm提供了Promega公司的NanoBRET™技术用于研究蛋白质-蛋白质相互作用的一个例子。BMG LABTECH正在与西澳大利亚大学的Kevin Pfleger教授和Promega合作，共同研究利用BRET技术分析活细胞中配体与GPCRs的结合。Promega的NanoLuc®荧光素酶“比传统的荧光素酶产生更强的信号，并且具有更小的尺寸，”Krumm说，允许它与各种生物分子结合，“不影响它们的生物学，仍然提供强的检测信号。”
今年早些时候，BMG LABTECH和Genedata宣布与Genedata合作，将其多模式微板阅读器与Genedata Screener®集成在一起，Genedata Screener®是一个数据分析和管理平台，旨在优化体外筛选的工作流程。
简化工作流程
随着自动贴片夹紧、自动表面等离子体共振技术和高通量流动工艺等新兴技术的日益常规应用，复合筛选中产生的实验类型和数据正在不断扩大。这可能会导致工作流中的空白。Genedata Screener®(Genedata的一个业务部门)欧洲业务运营主管Oliver Leven博士指出，仪器制造商面临着将其仪器与客户特定的数据分析流程集成的挑战，而客户则面临着分析、管理和共享不同数据集的挑战。
利文博士说:“制药公司正在恢复‘快速失败，廉价失败’的哲学，它曾试图在早期研发和筛选的背景下改善临床前和临床测试的结果。”实现这一目标的主要策略包括并行而不是连续地进行更多的测试，使用更相关的生物模型，如从2D切换到3D细胞模型，以及在研究工作流程的早期采用更先进的测试方法。Leven博士将自动贴片夹紧作为测试方法的一个例子，该方法现在可以在更高通量的筛查场景中执行。
用于离子通道筛选的Genedata Screener显示APC数据集(数据由Nanion和AstrZeneca提供):从单个扫描(中下)到每个化合物结果，都在一个软件中。对实验中所有化合物的概述(左上)，向下钻取单个化合物(中上)，剂量-反应曲线拟合(右上)。
自动膜片夹紧允许在过去测量一种化合物所需的时间内筛选300-400种化合物，但必须保持相同的质量结果。“这给数据分析带来了巨大的挑战，”利文博士说。“科学家们希望在筛选数据分析时看到当前的追踪细节，这需要访问原始记录，这些记录来自于原始记录。在筛查设置中，数据传输和共享之间存在很大的流程差距，”Leven博士说。他补充说:“如果你把结果放到不同的软件系统上，你就会把所有的数据细节和丰富性都抛在脑后。”
Genedata Screener平台的关键优势是能够作为所有筛选过程的数据中心，促进内部同事和外部合作伙伴之间的数据仓库和企业范围的数据共享，根据Leven博士最近宣布了Genedata Screener中用于离子通道筛选的新的自动化膜片钳功能，以及该平台与Nanion SynchroPatch 384PE的集成。该集成是Genedata Ready-to-Run程序的一部分。
样本管理方案
Titian Software全球营销主管James Craven表示:“制药行业需要适应从学术合作到制药/制药合作的各种合作伙伴关系。”从公司如何访问和收集样本的角度来看，这是必要的改变，使他们的样本存储和管理方法更加灵活和更具成本效益。对于一些公司来说，这意味着将这些任务外包给第三方合同研究机构(cro)。
克雷文说，推动样本收集技术进步的两个趋势是，需要获得更小体积和更多样化的样本子集。这两个趋势与小分子和生物制品都有关。为了满足“不断变化的获取更多目标的需求，并在学术和商业上与前沿科学研究合作”，Titian正在启用日益自动化的存储解决方案，用于检测板创建的声学管，以及便于访问公司间和cro间样本子集的全球排序功能。克雷文先生观察到，随着大型制药公司采用并帮助改进声学等新技术，并将其引入主流研究，它们从成本和知识的角度让这些技术更容易获得。
HCS成像
在最近的SBI会议上2会议上，专家小组讨论了HCS和高含量分析3D成像的最佳实践和未满足的需求。会议摘要指出，“对于筛选应用，3D模型仅与能够以适当的高通量和高效率从中提取的信息一样有用”(Assay Drug Dev Technol 2017;15[1])。“重点主要用于自动化高含量显微镜的新发展，解决球体检测....u型底板和低约束板等优化技术继续使高分辨率成像技术成为可能，与高数值孔径水浸透镜相结合，能够分辨单个细胞。其他趋势是在切换到更高的放大倍率和分辨率之前，在低倍率下利用亮场显微镜，以自动化的方式细化感兴趣的区域位置。”
结论
筛选工作流程的复杂性为引入改进提供了许多机会，这些改进可以影响筛选过程的总体吞吐量、质量、输出和成本。从新的分析和检测方法，成像技术的进步，新型细胞和组织模型，到自动化、系统集成和数据分析的发展，不断创新将使化合物的筛选更有效。在模型系统中研究新的化学实体和新出现的候选药物的活性的能力，更紧密地模拟正常的人类生理和疾病表型，为产生真正的预测数据来指导化合物的选择和开发提供了希望。
薇姬·格拉泽，自由撰稿人，现居宾夕法尼亚州。
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