CHUYÊN đề SÀNG lọc THUỐC HIỆU NÂNG CAO BẰNG CÔNG NGHỆ SINH học

Công nghệ sinh học Dược đã có tuổi đời từ rất lâu, tuy nhiên bước tiến quantrọng nhất là năm 1982 với sự thông qua của FDA cho thuốc Humulin. Tử đây công nghệ sinh học đóng một cột mốc quan trọng trong ngành Dược, bao gồm tất cả các kĩ thuật được ứng dụng trong nghiên cứu phát triển và sản xuất thuốc công nghệ sinh học. Cho đến nay đã có hơn 150 thuốc và vac xin công nghệ sinh học được cấp phép như Humulin, Fomivirsen, Công nghệ sinh học đã đóng góp vai trò giúp giảm thời gian nghiên cứu cũng như chi phí từ nghiên cứu đến sản xuất thuốc, Đáng kể đến trong đó là sàng lọc thuốc hiệu năng cao bằng công nghệ sinh học. Khác với trước đây, nhờ sự hiểu biết về sinh học đặc biệt là sinh lý bệnh người ngày càng sâu sắc và việc hoàn thành bản đồ gen người đã giúp các nhà khoa học xác định đích tác động của một bệnh ở mức độ AND, protein, từ đó phát hiện các chất có tiềm năng tác động lên đích để phát triề thành thuốc. Để đấy nhanh quá trình phát hiện ra thuốc, sàng lọc hiệu năng cao (HTS) là một quá trình trong đó việc thử nghiệm một lượng lớn mẫu trở nên hiệu quả trong thời gian ngắn. Đây là yếu tố quyết định trong phát hiện thuốc ngày nay

1 DẪN NHẬP

Công nghệ sinh học Dược đã có tuổi đời từ rất lâu, tuy nhiên bước tiến quan

trọng nhất là năm 1982 với sự thông qua của FDA cho thuốc Humulin Tử đâycông nghệ sinh học đóng một cột mốc quan trọng trong ngành Dược, bao gồm tất

cả các kĩ thuật được ứng dụng trong nghiên cứu phát triển và sản xuất thuốc côngnghệ sinh học Cho đến nay đã có hơn 150 thuốc và vac xin công nghệ sinh họcđược cấp phép như Humulin, Fomivirsen, Công nghệ sinh học đã đóng góp vai trògiúp giảm thời gian nghiên cứu cũng như chi phí từ nghiên cứu đến sản xuất thuốc,Đáng kể đến trong đó là sàng lọc thuốc hiệu năng cao bằng công nghệ sinh học.Khác với trước đây, nhờ sự hiểu biết về sinh học đặc biệt là sinh lý bệnh ngườingày càng sâu sắc và việc hoàn thành bản đồ gen người đã giúp các nhà khoa họcxác định đích tác động của một bệnh ở mức độ AND, protein, từ đó phát hiện cácchất có tiềm năng tác động lên đích để phát triề thành thuốc Để đấy nhanh quátrình phát hiện ra thuốc, sàng lọc hiệu năng cao (HTS) là một quá trình trong đóviệc thử nghiệm một lượng lớn mẫu trở nên hiệu quả trong thời gian ngắn Đây làyếu tố quyết định trong phát hiện thuốc ngày nay

1

.2 TỔNG QUAN

.2.1 Thực trạng của công nghệ sinh học và những ứng dụng trong công nghệ

dược phẩm

Cho đến nay hơn 150 thuốc công nghệ sinh học và vaccine đã được cấp phép bán

ra thị trường, và 70% trong số đó được thông qua trong 6 năm trở lại đây Theonhững nghiên cứu gần đây của cơ quan sản xuất và nghiên cứu dược phẩm Mỹ đãtìm ra 369 loại thuốc phù hợp với các tiêu chí của thuốc công nghệ sinh học vàdược phẩm Đích của các loại thuốc này là hơn 200 căn bệnh và cung cấp các liệupháp trị liệu mới cho các bệnh tự miễn, bệnh hen suyễn, Alzheimer, bệnh đa xơcứng, ung thư, và gồm cả những bệnh miễn dịch và truyền nhiễm (như AIDS,Malaria)

Công nghệ sinh học dược phẩm hiện chiếm khoảng 5% thị trường dược phẩm thếgiới và hứa hẹn sẽ đạt 15% vào năm 2020 Đồng thời sự phát triển bùng nổ của kỹ

thuật chẩn đoán gen đã cho phép định gen của mỗi cá nhân trong vòng 1 giờ và chỉvới dưới 100 USD Không chỉ thuốc mà cả những xét nghiệm chẩn đoán y học mới

sẽ được sản xuất và phân phối bởi các công ty công nghệ sinh học dược Hàngtrăm xét nghiệm đã sẵn sàng để gia tăng tính an toàn cho các chế phẩm máu.Những chi phí cho phân tích lâm sàng cũng được giảm xuống Ví dụ như xétnghiệm LDL (Low Density Lipoproteins), cholesterol và các thông số khác đãđược thiết kế trong một xét nghiệm Các xét nghiệm tách biệt các thông số này sẽtốn một chi phí rất lớn Trong tương lai, các xét nghiệm công nghệ sinh học sẽngày càng chính xác, nhanh hơn trước và cho phép chẩn đoán bệnh sớm hơn Kỹthuật proteomic gia tăng độ nhạy và có thể phát hiện bệnh bằng kỹ thuật đánh dấuphân tử trước cả khi triệu chứng bệnh xuất hiện, giúp ngăn ngừa bệnh và có liệupháp trị liệu sớm Kỹ thuật ghép từ động vật biến đổi gen là một lĩnh vực tương laicủa công nghệ dược phẩm Thông thường, cấy ghép hiệu quả và có chi phí hợp lýđối với các bệnh nghiêm trọng đe dọa tính mạng, hầu hết là tim, gan và thận Ởchâu Âu là 35 000 và ở Mỹ là 60 000 người đã nhận các cơ quan nói trên Trị giámỗi phẫu thuật ghép cơ quan như vậy giá từ 60 – 120 000 €, đồng thời phải uốngthuốc chống thải ghép cả đời Những cơ quan và tế bào biến đổi gen từ các loàikhác như lợn - được gọi là ngoại ghép – hứa hẹn sẽ vượt qua được sự thiếu hụt ở

cơ quan người nhờ các nguồn hiến tặng Nhưng nguy cơ viêm nhiễm trong cấyghép cũng như nguy cơ cảm ứng gen ung thư rất cần được chú ý Kỹ thuật mô liênquan đến ngoại ghép là một lĩnh vực được chú ý khác trong công nghệ sinh họcdược Kỹ thuật mô kết hợp cả sự tiến bộ trong sinh học tế bào và khoa học vật liệusinh học Mô bao gồm các loại mô liên kết như collagen, polymer phân hủy sinhhọc, sẽ bị thoái hóa sau khi thành lập cơ quan hoặc cấy ghép tế bào Biểu bì và sụn

là các mô đầu tiên thành công trong kỹ thuật này và đã được kiểm tra trên in vivo,hiện tại, các hệ thống sợi sinh học để duy trì chức năng gan, thận của bệnh nhân đãđược thử nghiệm thành công

Ngày nay, các tế bào gốc được xem là một hướng đi mới trong điều trị và có thểchữa hầu hết các bệnh chết người hoặc suy nhược như Parkinson, Alzheimer, bệnhbạch cầu và các bệnh rối loạn về gen như thiếu ADA (adenosine deaminase ) và xơnang Tiềm

năng của tế bào gốc phôi và người đã được tập trung thảo luận nhưng vẫn sẽ chưacó

bước đột phá nào trong vòng 10 năm tới để có thể biến các tế bào và kỹ thuật nàythành ứng dụng công nghiệp Và rõ ràng là những nghiên cứu về tế bào gốc cũngmang lại những câu hỏi đạo đức Những cuộc thảo luận về đạo đức và xã hội rấtquan

trọng trong thuyết phục công chúng về lợi ích tiềm năng và để giải thích những rủiro

khi ứng dụng kỹ thuật Những trở ngại đáng kể về chẩn đoán và điều trị vẫn đangtồn

tại và một sự quan tâm sâu sắc cần được xem trọng trước khi bất cứ liệu pháp gennào

như điều trị vào gen soma, tế bào gốc hay nhân bản được chấp nhận

.2.2 Tác động của công nghệ sinh học và genomic trên qui trình phát triển thuốc:

Xu hướng thường xuyên nhất cho công nghệ sinh học dược là các công nghệ vàkhám

phá mới, đặc biệt là kỹ thuật gen, và cả những ảnh hưởng điều tiết của chính phủvà

luật chăm sóc sức khỏe tác động trên giá cả, dân số và độ tuổi dân số Một số ảnhhưởng ít đến chủ đề này là quyền sáng chế, kinh doanh điện tử, công nghiệp hóa đaquốc gia, những yêu cầu của một thuốc mới, những thay đổi trong công nghệ thôngtin

ngày càng có nhiều liệu pháp cứu chữa được đưa đến những người cần họ nhất.Ngày

nay, công nghiệp dược có vẻ như đã có những hình thành tốt để đối mặt với những3

thách thức, như đưa ra số liệu thống kê thuyết phục để nhấn mạnh sự phát triểncông

nghiệp:

- Trong suốt những năm 1980, công nghệ sinh học đã đưa ra 18 loại thuốc và

vaccine mới Và sau đó là 33 loại thuốc sinh phẩm được cấp phép từ 1998 đến

1999, và hơn 25 thuốc được cấp phép trong nửa đầu năm 2000

- Hầu hết các thuốc được cấp phép trong năm 1998 – 1999 là các thuốc mới, mặc

dù có một số ít là mở rộng phạm vi điều trị

- Số bằng sáng chế được cấp cho các công ty công nghệ sinh học đã tăng gấp ba

từ gần 3000 mỗi năm vào đầu những năm 1990 lên 9000 trong năm 1998

- Sau một thập niên phát triển chậm và ổn định, các giải thưởng bằng sáng chế đã

có bước lên dốc vào năm 1995, gần 4000 bằng sáng chế đã được cấp Từ đó, sốlượng bằng sáng chế đã có tốc độ tặng vọt với 25% hoặc hơn trong mỗi năm

- Các công ty dược phẩm trước đây tập trung vào hóa điều trị thì nay đã tăng đầu

tư nghiên cứu và phát triển công nghệ sinh học ngay chính phòng thí nghiệm

của họ hoặc liên kết với các nhà máy công nghệ sinh học khác hoặc mua lại

những công ty này Việc liên minh trong công nghiệp công nghệ sinh học đã

tăng lên gấp đôi gần 250 từ năm 1998 đến năm 2000

- Giữa năm 1998 đến 1999, doanh thu ngành công nghiệp đã tăng 13% từ 16.1 tỉ

USD lên 22.3 tỉ USD.

Trong tương lai, công nghệ sinh học và công nghệ gen sẽ được định hướng và hìnhthành bởi sự tích hợp của công nghệ hiệu năng cao, kỹ thuật gen và thông tin sinhhọc Làn song công nghệ gen là nguồn dữ liệu đính hướng và được ứng dụng trongkhoa học đời sống mới để định danh gen ở những các nhân mang bệnh và cho phépcá

nhân hóa các loại thuốc dựa trên các đặc tính dược động Vậy, những tác động củacông nghệ sinh học dược và công nghệ gen trên tính kinh tế của quá trình nghiêncứu

phát triển là:

Giảm chi phí nghiên cứu và phát triển:

Trước khi công nghệ sinh học được mở rộng nghiên cứu trên qui mô công nghiệp,giá

cả phát triển mỗi loại thuốc của mỗi công ty là khoảng 880 triệu USD và sẽ mất 15năm từ khi bắt đầu đến lúc đưa thuốc râ thị trường Và khoảng 75% số đó thu lạithất

bại Bằng việc sử dụng công nghệ gen đã tạo ra một cơ hội thực sự giảm thiểu giácả

công nghệ vi chuỗi, và các thông tin sinh học, hàng ngàn gen bệnh và các mô khỏemạnh đã được phân tích bằng một chip DNA đơn Sự khác nhau trong kết quảđược

phân tích và liên kết với các cơ sở dữ liệu được tích hợp Tổng lại, khả năng tiếtkiệm

mỗi thuốc bằng hệ thống tìm kiếm thông tin thông minh và phân tích gen là khoảng

140 triệu USD trên mỗi thuốc và chỉ mất hơn một năm để đưa thuốc ra thị trường.Tập

đoàn tư vấn Boston đã tính được là tăng công suất lên 6 lần so với cùng mức độđầu

tư

Đẩy nhanh quá trình phát triển thuốc

Không chỉ có ảnh hưởng đến sự phát triển tiền lâm sàng của thuốc bằng công nghệsinh học và công nghệ gen mà còn giúp dự đoán các thuộc tính của thuốc và cácthông

số dược động học (ADMA / tox) để đẩy nhanh quá trình phát triển công nghiệpdược

Tiềm năng tiết kiệm là 20 triệu USD và 0,3 năm cho mỗi loại thuốc

Duy trì tiêu chuẩn cao trong đảm bảo chất lượng

Thuốc công nghệ sinh học có tiêu chuẩn cao cùng chất lượng và an toàn như cácloại

thuốc thông thường Điều thú vị nhất là câu hỏi về chi phí quản lý thuốc tái tổ hợp.BCG dự đoán là gia tăng 200 triệu USD và hơn một năm trên mỗi thuốc Lý dochính

của việc này được giải thích bởi sự thêm thời gian để xác định các tính chất lý hóa

chưa biết của các protein tái tổ hợp và oligonucleotide.

Một phần khác của chi phí và thời gian là dành cho việc phát triển các xét nghiệmkiểm tra thuốc thích hợp mới để xác nhận thuốc, tiêu chuẩn hóa, xác định hoạtđộng

(ví dụ như các đơn vị sinh học), độc tính, và phương pháp phân tích sinh học

5

.2.3 Kĩ thuật sàng lọc hiệu năng cao HTS

Gần đây, kỹ thuật sàng lọc hiêu năng cao (HTS) trong việc tìm kiếm thuốc mớingày

càng được phát triển rộng rãi trong giới nghiên cứu khoa học cũng như những sinhviên làm những luận án tốt nghiệp hay dự án nghiên cứu tiến sĩ sau đại học Nó cơbản là một quá trình sàng lọc và thử nghiệm số lượng lớn các bộ điều biến sinh họcvà

cơ quan kích thích chống lại các mục tiêu cụ thể có chọn lọc Các nguyên tắc vàphương pháp của HTS đã được ứng dụng để sàng lọc các hợp chất hóa học, gen,protein và các chuỗi peptide Mục đích chính hay mục tiêu của kỹ thuật này là đểđẩy

nhanh quá trình phát hiện thuốc mới bằng cách sàng lọc các thư viện hợp chất lớnvới

một tốc độ mà có thể vượt quá một vài ngàn hợp chất mỗi ngày hoặc mỗi tuần Đốivới

bất kỳ thử nghiệm hoặc sàng lọc bằng HTS đã đạt được một số thành công bướcđầu

như xác định mục tiêu, chuẩn bị thuốc thử, quản lý hợp chất, phát triển thử nghiệmvà

thư viện sàng lọc hiệu năng cao phải được thực hiện với sự cẩn thận và độ chínhxác

tối đa Phương pháp thường theo sau là: trước tiên chọn mục tiêu Hiện nay cókhoảng

500 mục tiêu đang được dùng thư nghiệm Trong số này, các thụ thể màng tế bào,chủ

yếu là protein G (chiếm 45%), enzyme (28%), tiếp theo là kích thích tố (11%),chưa rõ

(7%), kênh ion (5%), thụ thể ở nhân (2%), và cuối cùng DNA (2%) Các nhànghiên

cứu dự đoán rằng trong tương lai gần hệ gen của con người sàng lọc có thể thêm sốlượng đáng kể cho các con số nói trên Mối quan tâm tiếp theo là thư viện để sànglọc;

là bản mỏng gồm các giếng nhỏ chứa hoạt chất ở dạng khô hay đông khô.các hợpchất

được trình chiếu Sàng lọc hiêu năng cao là một lĩnh vực rất rộng lớn của nghiêncứu,

phát triển với phạm vi bao gồm thử nghiệm enzyme, thử nghiệm toàn bộ cơ quanvà

thậm chí thử nghiệm toàn bộ động vật HTS cho phép đánh giá nhanh chóng đượcdược lực của số lượng lớn các hoạt chất Không giống như các kỹ thuật khác đểđánh

giá dược lực trên cá thể là cung cấp các mẫu máu lựa chon để đánh giá sự giốngnhau

Lợi thế chính là dược động học của số lượng lớn hợp chất có thể được đánh giánhanh

chóng và chính xác Nhưng nhược điểm chính là có thể dẫn đến tương tác thuốc

HTS là một phương pháp mới để tìm thuốc mới, nhưng nó không phải là phươngpháp

duy nhất HTS không chỉ giúp tìm thuốc mới mà còn giúp phát triển các thuốc hiệntai

bằng cách tối ưu hóa tác dụng của thuốc Trong những năm qua có nhiều tiến bộtrong

khoa học, công nghệ và kinh tế đã giúp các nhà nghiên cứu để phát triển nhanhchóng

với sự cạnh tranh ngày càng tăng Nó được dự đoán rằng với sự ra đời của hệ gencủa

con người như ứng cử viên tiềm năng của thư viện hợp chất sẽ được lớn như 100triệu

hợp chất đó sẽ cần khoảng 10

12

xét nghiệm để thiết lập mối tương quan giữa cấu trúc

và hoạt lực (SAR) Ban đầu các xét nghiệm được thực hiện trong bản 96 giếngnhưng

với tiến bộ hiện nay cũng có bản 1586 giếng Chương trình HTS điển hình có khảnăng

sàng lọc 10.000 chất mỗi ngày, trong khi một số các phòng thí nghiệm với UltraHigh-

Throughput Screening (UHTS) có thể thực hiện 100.000 xét nghiệm mỗi ngày.Quy trình chung trong phát triển thuốc mới:

thuốc ở mức in vivo và qua đó thuốc thể hiện tác động của mình Một đích tácđộng

đặc hiệu thường phải có các đặc điểm sau:

a Đích tác động phải là một phân tử sinh học, thường là một protein có thể tồn tạitác biệt hay ở dạng kết hợp phức tạp

b Các phân tử sinh học phải có những phần đặc biệt để tương thích với nhữngphân

tử khác (thường là những phân tử nhỏ với cấu trúc đặc biệt) Những phân tử này

có thể là những chất nội sinh hay ngoại sinh như phân tử hóa học (thuốc)

c Cấu trúc của phân tử sinh học có thể thay đổi khi kết hợp với phân tử nhỏ khác

và những thay đổi có thể hồi phục

d Theo những thay đổi trong cấu trúc phân tử sinh học, nhiều đáp ứng sinh họckhác nhau xuất hiện và giúp ổn định tình trạng của tế bào, cơ quan, mô hay cơthể

e Đáp ứng sinh học được gây ra bởi những thay đổi trong cấu trúc của phân tửsinh

học đóng vai trò quan trọng trog điều hòa và tác động điều trị trong những tìnhtrạng bệnh lý

f Các biểu hiện, hoạt động, và cấu trúc của các phân tử sinh học có thể thay đổitheo thời gian tiến triển bệnh

g Những phân tử nhỏ kết hợp với phân tử sinh học chính là thuốc

Theo như trên, đích tác động của thuốc là phân tử chìa khóa tham gia vào một quátrình chuyển hóa cụ thể hay là một đường truyền tín hiệu đặc trưng cho một tìnhtrạng

bệnh lý hay một bệnh cụ thể Tuy nhiên, đích tác động chính nó đã có những hạnchế

và gây ra nhiều tranh luận trong ngành công nghệp dược phẩm Trong khía cạnhnày,

một vài quan điểm phải được làm rõ

a Đích tác động là một khái niệm tương đối Đích tác động thuốc cũng giống nhưcác phân tử sinh học khác và cũng là một phân tử sinh học tham gia vào con

đường dẩn truyền Sự khác biệt giữa phân tử sinh học thường và đích tác động là8

vị trị của nó và vai trò trong dẫn truyền Ở một khía cạnh khác, đích tác động phụthuộc vào bệnh, mỗi đích tác động liên quan đến một phổ đặc biệt của bệnh

b Hầu hết các bệnh ở người thường phức tạp và liên quan đến nhiều yếu tố nguy

cơ, vì vậy rõ ràng là đích tác động khác nhau chịu trách nhiệm cho một bệnh

Nhắm vào đích tác động đặc biệt có thể không điều trị được bệnh Tuy hiên, liênquan giữa nhiều đích tác động trong một bệnh không có nghĩa là mỗi đích tác

động có vai trò ngang nhau trong một bệnh và do đó thuốc nhắm đến những đíchnày có thể cũng sẽ không hiệu quả như nhau trong quá trình điều trị

c Đích tác động có thể thay đổi, nghĩa là sự phát triển về hiểu biết sâu bên trongphân tử sinh học và vai trò trong sinh lý bệnh, đích tác động có thể không quantrọng bằng hay quan trọng hơn những quan niệm hiện hành

d Có nhiều thuốc tác động cùng một đích và một thuốc có thể ác động đến nhiềuđích Mối quan hệ giữa thuốc và đích tác động không phải là một một mà là một-nhiều hay nhiều-một

e Khi một đích tác động mới được phát hiện và thẩm định, các nhà nghiên cứuthường hi vọng đạt được nhiều loại thuốc đặc trị nhắm đến đích đó Tuy nhiên,một điều quan trọng mà chúng ta phải biết là một cơ quan không rõ ràng và mộtthuốc có thể phá vỡ cân bằng nội môi của cơ thể So với aspirin, rofecoxib là mộtthuốc ức chế COX-2 Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu cho thấy rằng rofecoxib tăngnguy cơ tim mạch, kết quả là đã bị rút khỏi thị trường.

f Một đích tác động thường chỉ cho một phân tử sinh học Ý nghĩa này nên đượcxem xét lại Những nhà khoa học hiện nay chú ý rằng một phân tử phức tạp nhưHDL hay là một loại tế bào như tế bào nội mô, có thể cũng là một đích tác độngtiềm năng Tuy nhiên, thẩm định đích tác động dựa trên khái niệm này rất khó vìcác yêu cầu về độ tin cậy, độ chính xác và chỉ số bom tấn để đánh giá tác dụngcủa thuốc nhắm đến những mục tiêu đó

9

thuốc nhắm đến những đích này Đích tác động tiềm năng đưa ra những hướngnghiên

cứu thuốc hoàn toàn mới

.3.1.3 Những kĩ thuật mới trong sàng lọc đích tác động

như Wisconsin Package (và ngày nay là Accelrys GCG)

Xác định đích tác động bằng kĩ thuật in silico bao gồm 4 khía cạnh: chọn mô hìnhphù

hợp, biểu hiện chức năng, đa dạng hóa và biểu hiện gen Thẩm định dích tac độngbao

gồm text mining, con đường, tương tác phân tử, subcellular localization, cấu trúcprotein

b Kĩ thuật RNA interference trong sàng lọc đích tác động hiệu năng cao

Đây là kĩ thuật mới nhất trong việc điều hòa biểu hiện gen, tăng cao hiệu quảnghiên

cứu sinh học phân tử nói chung và tiếp theo là nghiên cứu thuốc tác động đích.RNAi là một quá trình trong đó mạch kép RNA (dsRNA) định hướng cho sự suythoái

của mRNA mục tiêu Các chất trung gian của quá trình này là cac chuỗi képdsRNA

nhỏ, khoảng 21 câp base và được gọi là RNAs can thiệp ngắn (siRNA) Hiện tượng

RNAi được báo cáo đầu tiên vào năm 1998 bời Fire và cộng sự Ông đã quan sátthấy

các ds RNA có thể ức chất biểu hiện gen ở Caenorhabditis elegans Mặc dù cơ chếcơ

bản của hiện tượng vẫn chưa được rõ ràng tại thời điểm đó, nhưng nói chung, điềunày

đã mang lại lợi ích cho phòng thí nghiệm như là một phương pháp mới làm bấthoạt

gen phiên mã Quá trình mà dsRNA được cắt thành siRNA được mô tả ban đầ ởthực

vật và sau đó là ở Ruồi giấm (Drosophila) Các yếu tố protein trong tế bào có liênquan

đến chuyển đổi này đã được xác định ngay sau đó

Sự phát triển nhanh chóng và phổ biến của RNAi như một đề tài nghiên cứu vàcũng là

công cụ hữu ích trong phòng thí nghiệm đuôc chứng minh bằng sự gia tăng rất lớncác

bài báo về chủ đề này hằng năm Đây là phản ứng với việc phát minh ra minh kĩthuật

mới có tầm quan trọng và ảnh hưởng rộng như phát minh ra phản ứng chuỗi (PCR)đã

đóng góp cho nghiên cứu sinh học và công nghệ sinh học đương đại Nhiều hướngnghiên cứu thuốc dã mở ra bằng kĩ thuật RNAi

c Kĩ thuật in silico, sàng lọc ảo trên máy tính

Đây là kĩ thuật sàng lọc phổ biến và áp dụng dối với những đích đã biết cấu trúctrong

những năm gần đây Gần đây, các nhà nghiên cứu đã đi theo hướng dự đoánsubtractes

10

mới cho enzyme của những chức năng chưa biết, dùng docking là một hướng hoàntoàn mới

Bảng 3.1 Các loại phân tích HTS

Phân tích tế bào Phân tích sinh hóa

Tế bào mammalian Kết hợp receptor-ligand

Vi khuẩn/ nấm Phân tích enzyme (protease, khác)

Kênh calci Kinase và phosphatase

Phân tích tế bào với phát hiện SPA Tương tác protein-protein

Bảng 3.2 Các kĩ thuật phát hiện sử dụng trong sàng lọc hiệu năng cao

Hóa phóng xạ Phát hiện huỳnh quang Đo màu hoặc đọc phổ

sâu hơn về gen gây bệnh Về cơ bản, thẩm định đích tác động bao gồm 6 bước sau:

1 Phát hiện phân tử sinh học cần quan tâm

2 Đánh giá tiềm năng của phân tử đích

3 Thiết kế quy trình phân tích sinh học để đánh giá tác động sinh học

4 Thiết lập một sàng lọc hiệu năng cao

5 Thiết kế chương trình sàng lọc để tìm ra các hit

6 Đánh giá các hit

11

Quá trình phát hiện thuốc bắt đầu với việc xác định hay đưa ra các bằng chứng củađích sinh học được cho là có liên quan đến một tình trạng hay một bệnh lý nhấtđịnh

Thông tin hỗ trợ cho vai trò của các đích này trong tiến triển bệnh có thể có đượctừ

nhiều nguồn khác nhau Theo các thông thường, các đích tác động được nghiêncứu và

phát hiện trong các phòng thí nghiệm chuyên biệt, và một quy mô nhỏ hơn trogphòng

thí nghiệm của các công ty dược phẩm hay công nghệ sinh học nghiên cứu cơ bảncho

những hiểu biết về những quá trình tín hiệu cơ bản và thiết yếu trong và giữa các tếbào và các nhiễu loạn trong một số điều kiện là những bước tiến đầu tiên trong việctìm ra đích tác động tiềm năng thích hợp cho phát minh thuốc

Sau khi nhận diện đích tác động sinh học cần quan tâm, thử thách tiếp theo là đưađích

tác động vào một xét nghiệm sinh học để đọc được các hoạt động sinh học Vùngcủa

các đích tiềm năng là rất lớn, từ enzyme và receptor đến hệ thống tế bào đại diệncho

toàn bộ con đường sinh hóa hay quá trình bệnh lý Cuối cùng, phạm vi các kĩ thuậtthiết kế phân tích và loại phân tích có ý nghĩa là hoàn toàn tương ứng Một khi cácphân tích đo lường được các hoạt động sinh học của đích một cách trực tiếp haygián

tiếp được thiết lập, các hợp chất được kiểm tra bằng các phân tích sinh học đểchứng

minh chúng hạn chế hay tăng cường hay không có tác động gì trong hoạt động này.Sau khi một phân tích sinh học để đo lường hoạt động sinh học được thiết kế, bướcquan trọng tiếp the là thiết lập một sàng lọc hiệu năng cao (HTS) Yêu cầu cơ bảncho

phân tích HTS là độ nhạy, độ ổn định, độ lặp lại cao, hiệu năng tốt và tương thíchvới

hàng ngàn sàng lọc hay hàng triệu mẫu

Với đủ may mắn, một vài hợp chất hit sẽ được phát hiện trong lần sàng lọc đầutiên

Hợp chất hit phải được sàng lọc để loại trừ các trường hợp dương tính giả Bướctiếp

theo là nhận diện các hit, có thể bao gồm các đặc tính hóa học, chủ yếu là độ ổnđịnh,

độc tính in vivo và in vitro, và đánh giá dược lý cũng như tác động chuyên biệt trên

đích Có sự khác biệt có ý nghĩa giữa tế bào và hệ thống không tế bào Thẩm địnhở

mức tế bào cung cấp thông tin chính xác và xác định cho kết quả không tế bào Ởcấp

độ này, tầm quan trọng về bệnh học của đích có thể được đưa ra rõ ràng hơn bằngcách

sử dụng các chất hóa học nhỏ Tác động của chất hóa học nhỏ trên hệ thống tế bàosẽ

cung cấp một phác thảo cho các chất này Mô hình động vật được sử dụng để thẩmđịnh đích tác động ở mức cơ thể Tại mức này, những quan tâm đầu tiên về tácđộng

của hit được đưa ra Nếu hit đạt được từ HTS thể hiện tác động trị liệu trong môhình

động vật, điều này sẽ rất hứa hẹn Tuy nhiên, thường các hit không thể hiện tácđộng

trên mô hình động vật và kết quả phải được giải thích cẩn thận Những thiếu hụthay

những sai lầm thường thấy bao gồm:

− Sử dụng sai mô hình động vật

− Sử dung sai đường dùng

− Sử dụng sai phương tiên và vật liệu thử nghiệm

− Sử dụng sai liều dùng Trong nghiên cứu, nhiều liều được thử nghiệm, và kết quả

tê nhất là liều thấp nhất cũng có tác động ( không xác định được liều an toàn trênđộng vật) Tệ hơn là liều cao nhất không có tác động (độc tính không được xácđịnh)

− Nhầm lẫn tài liệu Một ví dụ là sử dụng liều dựa trên dữ liệu của một tử nghiệmkhác và dùng cho tất cả các thú thử nghiệm Cuối cùng, tất cả các thú vật tại tất

cả các liều chết, thử nghiệm kết thúc và vấn đề vẫn không được giải quyết

− Sử dụng sai nồng độ của vật liệu thử nghiệm trong sàng lọc Nhiều tác động khá