利用二維電泳技術揭示受體後效應途徑(Post-receptor path)的關鍵靶點,是現代藥理學繼1971年Sutherland發現cAMP作為第二信使獲得諾貝爾獎以來,最為重要的技術發現之一。它不僅使藥理學家找到了研究藥物“受體後效應”(Post-receptor effect)的有效方法,同時將藥物的作用靶點更為精確化,使研製作用精確、不良反應少的藥物成為新的可能。它還大大加快了以蛋白、乃至核酸為藥物分子的新型藥物的研製。
(二)高通量篩選技術在新藥研發中的應用
高通量篩選技術(HTS )是20世紀80年代後期在分子生物學、分子病理學、分子藥理學、微電子技術等學科發展的基礎上發展起來的一種用於尋找新藥的高新技術,由於其快速、高效等特點,因此得到快速的發展。HTS分析對象除藥理活性外,還涉及藥代動力學性質、不良反應等。
具體方法因檢測對象的不同而不同,但都是建立在對檢測對象分子或細胞水平的生物學機製有一定把握的基礎之上。所使用的技術包括基於放射性的檢測技術,基於熒光、發光或比色的檢測技術,以及ELISA、報告基因、雙雜交技術等。HTS的實質是應用分子細胞水平的藥物活性評價方法(模型),通過自動化手段,對大量樣品進行生物活性或藥理作用的檢測,發現新藥的藥物靶點過程。高通量藥物篩選的規模至少為每日篩選數千個樣品,並依賴相應的數據庫支持整個技術體係的正常運轉。
但是,所謂藥物靶點,簡單的定義就是指那些能夠與特定藥物特異性結合並產生特定作用(主要是指調節生理功能,改變病理過程,緩解疾病症狀,治療疾病等作用)的生物大分子(如cDNA 、寡核苷酸、mRNA、抗體、酶、蛋白質)或特定的生物分子結構。所以,在上述定義中有兩個重要的前提條件,即藥物和藥物作用。沒有藥物存在或沒有明確藥物作用之前,利用上述定義判斷藥物靶點就不適用了。因此,發現新的藥物靶點需要在理論上和實驗方麵給予全麵的研究和認識。具體到將藥物作用靶點的發現與傳統藥效學實驗相結合的方法,才是縮短藥物研發周期的根本解決途徑。
(三)膜片鉗技術在現代藥物研究中的應用
筆者從事藥理學教學科研近16個年頭,所采用的研究方法主要為電生理學(Electrophysiology)方法。所以,將此技術領域內的新方法介紹給學生,似乎成為課程內容設計中必不可缺的想法。
生物電信號通常是用電學或電子學方法進行測量,形成一門細胞電生理學(Electrophsiology),用以揭示細胞的生理過程。早期的研究多使用雙電極電壓鉗技術作胞內記錄,自20世紀40年代末細胞膜和離子學說建立以來,細胞電活動的研究逐漸深入。在1976~1981年期間,兩位德國細胞生物學家Erwin Neher和Bert Sakmann所開創的膜片鉗技術(Patch clamp technique)為細胞生理學的研究帶來了一場革命性的變化,因而兩位科學家於1991年榮獲諾貝爾生理學或醫學獎。膜片鉗技術實質是在電壓鉗製的基礎上,利用微電極技術,對離子通道實施記錄,完成對細胞單通道或多通道的研究。如今,膜片鉗技術與基因克隆技術(Gene cloning technique)並駕齊驅,給生命科學的研究帶來巨大的推力。Patch的應用主要概括以下幾個方麵:
(1)對單個離子通道的電學性質的研究。如離子通道的電導、開放概率、開啟和關閉的動力學特征。例如,AP形成的離子基礎。
(2)研究受體和離子通道的生物學和藥理學特征。
(3)對藥物作用機製的研究。如對藥物的靶受體上作用位點的分析。
(4)對第二信使的研究。
(5)檢測克隆出的受體或離子通道的生物學特性。如借助爪蟾卵母細胞的特性。
(6)通過檢測細胞電容的改變,來觀察細胞的分泌活動。
目前,將Patch技術與基因克隆技術相結合的技術手段已經成熟用於藥物機製的研究。全自動膜片鉗技術(Automated patch clamp technique)的出現標誌著膜片鉗技術已經發展到了一個嶄新階段。離子通道是藥物作用的重要靶點,膜片鉗技術被稱為研究離子通道的“金標準”。傳統膜片鉗技術每次隻能記錄一個細胞(或一對細胞),對實驗人員來說是一項耗時耗力的工作,它不適合在藥物開發初期和中期進行大量化合物的篩選,也不適合需要記錄大量細胞的基礎實驗研究。全自動膜片鉗技術的出現在很大程度上解決了這些問題,它不僅通量高,一次能記錄幾個甚至幾十個細胞,而且從找細胞、形成封接、破膜等整個實驗操作中實現了自動化,免除了這些操作的複雜與困難。這兩個優點使得膜片鉗技術的工作效率大大提高了。