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从理论到落地:看高通量筛选的“七十二变”
来源: 2025-07-17 11
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当别人还在手动操作到天荒地老,你却能一键横扫上千样本量,自动化秒出精准数据,从此告别996式实验,优雅实现科研自由——这就是医药实验室黑科技高通量筛选的魅力!

今天,泉链技术驿站第三期将持续为您放送,药研党们速度看过来~


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高通量筛选是基于分子或者细胞水平的筛选模型,以微孔板为反应载体,集合自动化的操作系统以及快速灵敏的检测方法,高效完成数以千万待测样本的检测。无论是在新药研发,还是在药物作用机制研究中,高通量筛选(high throughput screeningHTS)都发挥了巨大的作用。


下面让我们一起来看看高通量筛选技术都有哪些应用吧。



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应用场景一:

HST用于小分子化合物筛选  

在新药研发的药物筛选阶段,通过合适的实验方法和筛选模型,发现具有特定生物活性的化合物,能够快速从海量的化合物中找出具有治疗潜力的候选物。小分子化合物筛选作为高通量筛选的主要应用场景,主要包括基于靶点的筛选和基于表型的筛选


基于靶点的筛选是指通过基因组学、蛋白质组学或疾病机制研究,确定与疾病高度相关的靶点,而基于表型的筛选则是通过高通量筛选技术,寻找针对某种疾病表型(如细胞增殖、炎症、组织损伤等)的化合物[1]。接下来,我们以一个实际应用案例来说明基于表型的筛选是如何协助小分子化合物筛选的。


原癌基因c-MYC是正常细胞生长、增殖和代谢的关键调控因子,但其异常表达会导致癌细胞失控生长,因此,c-MYC一直是癌症治疗中备受关注的治疗靶点。然而,作为转录因子,c-MYC缺乏酶活性位点和明确的药物结合位点,结构上的 “不可成药性” 使其成为药物开发的难题。 


来自葛兰素史克公司的研发团队开发了基于细胞检测的HTS策略,通过检测 c-MYC蛋白表达水平变化进行小分子化合物筛选[2]。实验中采用荧光共振能量转移(FRET)技术,结合多种细胞检测(如细胞毒性、细胞周期、基因表达分析等)对化合物进行分流和验证,最终从约200万种化合物中筛选出3种能特异性降低c-MYC蛋白水平的小分子。


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在检测化合物对细胞作用的关键环节中,研究人员使用siRNA敲低c-MYC蛋白和mRNA水平作为阳性对照。通过检测化合物处理后c-MYC下游基因的表达变化,确认化合物是否通过抑制c-MYC发挥作用(即是否与siRNA敲低c-MYC的效果一致)时,研究人员使用了TurboCapture 384 mRNA Kit384孔板中的细胞进行mRNA提取,按照操作说明书将mRNA洗脱后,再进行反转录和qPCR,检测基因的表达水平。


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应用场景二:

HST用于通路中关键调控因子的研究  

HTS在信号通路研究中也发挥着重要作用,一方面可通过HTS的方法发现某信号通路的激活剂或抑制剂(例如筛选调控NF-κBMAPK通路的化合物),另一方面可通过基因敲除/敲低文库筛选,确定通路中关键调控因子。


来自美国的一研究小组,在通过靶向STING通路实现抗肿瘤免疫的工程菌免疫疗法的研究中使用了HTS技术,实现了STING信号通路的关键基因的表达分析[3]。研究人员对非致病性大肠杆菌Nissle进行改造,构建了名为 SYNB1891的工程菌株。该菌株能靶向激活肿瘤内吞噬性抗原呈递细胞(APCs)中的STING通路,在小鼠肿瘤模型中不仅展现出显著的抗肿瘤免疫效果并诱导免疫记忆形成,还能在人类APCs中激活STING通路。


在进行巨噬细胞和树突状细胞的细胞因子反应检测时,研究人员收集不同条件刺激后的细胞,先使用TurboCapture 96 mRNA Kit进行mRNA的提取,再使用qPCR的方法进行基因表达的检测。同样,在信号通路关键基因的表达分析时,研究人员在STING敲除或TLR4敲除细胞模型中,也是先使用TurboCapture 96 mRNA Kit提取mRNA并检测STING通路下游基因如IRF3NF-κB相关基因的表达变化,验证信号传导机制。


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应用场景三:

HST用于药物作用机制的研究  

在药物作用机制研究时,如需设置不同的药物浓度梯度实验,将意味着需同时处理多个细胞样本,此时,适合大规模药物筛选的HTS技术的优势就显而易见,可以极大提高实验效率。


在新冠肆虐期间,氯法齐明(Clofazimine)药物对包括SARS-CoV-2在内的冠状病毒有着广谱抑制作用且细胞毒性低。来自香港大学的一研究小组探索了氯法齐明的作用机制及其与瑞德西韦的联合治疗潜力[4]


在探究氯法齐明对SARS-CoV-2复制的抑制机制时,研究人员需要评估药物对病毒RNA合成的影响,因此通过电穿孔技术将体外转录的SARS-CoV-2病毒RNA导入Vero E6细胞,模拟病毒感染后的RNA复制过程,进而检测负链 RNA的水平(负链RNA是病毒基因组复制的中间产物,其含量可反映病毒复制活性)。研究人员设置了不同浓度的氯法齐明或瑞德西韦,并培养Vero E6 细胞一定时间后,使用TurboCapture 384 mRNA Kit从细胞中提取mRNA,再通过qPCR 分析负链 RNA 的含量,评估病毒复制水平。该试剂盒可以减少非编码RNA和基因组DNA的干扰,尤其适用于病毒RNA等低丰度核酸的检测


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  高通量筛选的高效工具  

综上所述,TurboCapture mRNA Kit在高通量筛选应用中发挥了关键作用。该试剂盒采用独特的寡核苷酸固定技术,可快速简便的实现高通量mRNA提取。


在操作过程中,只需将细胞裂解物添加到TurboCapture板(96孔或384孔)的孔中,其中的mRNA与每个孔中固定的oligo-dT杂交,实现mRNA的高通量提取。此外,该试剂盒还可实现mRNA纯化、cDNA合成和PCR在同一孔中进行,避免了样品转移带来的误差,确保结果的可重复性,因此该试剂盒非常适合于高通量基因表达分析的应用。




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  • A图:显示将含有Poly A+mRNA的裂解产物添加到含有固定的oligo-dT的孔中。

  • B图:含有Poly A+mRNA与固定化的oligo-dT杂交。

  • C图:mRNAoligo-dT杂交经过一定时间的孵育后,利用固定化的oligo-dT作为引物合成cDNA


产品信息:

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综上所述,高通量筛选(HTS技术小分子化合物筛选、疾病机制研究、方法学开发与验证等研究中发挥着重要作用,为生物医学研究和药物研发等提供更强的助力。目前,泉心泉意提供一系列凯杰QIAGEN核酸提取纯化与检测试剂盒,更多信息欢迎咨询。




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注:本文部分内容来源于凯杰生命科学,文献参考如下:

  • Zheng W, Thorne N, McKew J C. Phenotypic screens as a renewed approach for drug discovery[J]. Drug Discovery Today, 2013, 18(21-22): 1067-1073.
  • Kallal L A, Waszkiewicz A, Jaworski J P, et al. High-throughput screening and triage assays identify small molecules targeting c-MYC in cancer cells[J]. SLAS DISCOVERY: Advancing the Science of Drug Discovery, 2021, 26(2): 216-229.
  • Leventhal D S, Sokolovska A, Li N, et al. Immunotherapy with engineered bacteria by targeting the STING pathway for anti-tumor immunity[J]. Nature Communications, 2020, 11(1): 2739.
  • Yuan S, Yin X, Meng X, et al. Clofazimine broadly inhibits coronaviruses including SARS-CoV-2[J]. Nature, 2021, 593(7859): 418-423.