布魯克·道爾頓執(zhí)行副總裁 Rohan Thakur

　　在過去的幾十年中，基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜（MALDI-MS）已經(jīng)在許多應(yīng)用中證明了其有效性和穩(wěn)定性。最近MALDI-MS方面的創(chuàng)新促進(jìn)了兩種檢測方案的發(fā)展，這兩種方法可以用于加速臨床前藥物的發(fā)現(xiàn)：一種用于超高通量篩選程序(uHTS)，另一種用于藥物分布MALDI質(zhì)譜成像研究。

　　新藥研發(fā)的一貫原則 – 失敗越早，成本越低（fail early, fail cheap）– 這會驅(qū)使制藥公司在早期新藥發(fā)現(xiàn)過程中會選擇盡量多的化合物去“命中”，同時會在藥物的ADME/TOX(吸收、分布、代謝、排泄/毒性)的研究中快速淘汰不適合的候選藥物。新舉措無疑推動了藥物研發(fā)渠道的增長（2015-2016年），其增長率達(dá)到了11.5%。

　　超高通量藥物篩選

　　小分子研發(fā)的理想分析工具要具有無標(biāo)記的表征、標(biāo)記以及直接的定量測定能力?？焖?、高效、易用、低成本和自動化樣品制備也是大多數(shù)研發(fā)工作者對儀器的期待。新一代質(zhì)譜方法本質(zhì)上符合了以上多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，在過去幾年中也為MALDI-MS使用開辟了一個新的領(lǐng)域。 MALDI-MS正在幫助研究人員確定最有前景的小分子，并正在擴(kuò)展到藥學(xué)領(lǐng)域所依賴的超高通量復(fù)合篩選項(xiàng)目。

　　采用超高通量篩選（uHTS）程序時，Bruker的rapifleX MALDI-PharmaPulse^TM所得結(jié)果比傳統(tǒng)儀器快50倍，具有更高的穩(wěn)定性、靈敏度和更大的質(zhì)量范圍。在2016年的ASMS會議上，Peter Marshall博士（葛蘭素史克公司，英國）等人通過海報描述了他們使用MALDI-PharmaPulse以及納升液體處理技術(shù)，每周能夠篩選超過100萬個樣品。這項(xiàng)工作的進(jìn)行很大程度上是得益于rapifleX MALDI-PharmaPulse革命性的10 kHz激光器。

　　實(shí)驗(yàn)中可以獲得80-400或700-3,500質(zhì)荷比范圍內(nèi)化合物的質(zhì)譜圖，每個樣品有200個激光照射位點(diǎn)。在這些實(shí)驗(yàn)條件下，該系統(tǒng)在7.36分鐘內(nèi)處理了1536個孔板。通過大量候選化合物篩選，進(jìn)行簡單的放大計算，結(jié)果表明，分析200萬種化合物僅需要7.85天。對系統(tǒng)和方法的穩(wěn)定性進(jìn)行評估，108次測量前后的結(jié)果具有良好的相關(guān)性。

　　由此，他們得出結(jié)論，uHTS的技術(shù)和方法是強(qiáng)大的，可以在非常短的分析時間進(jìn)行大量樣品分析。該機(jī)構(gòu)在一周內(nèi)測量了100多萬個樣本，并據(jù)此推測儀器測量200多萬個樣本也無需清理儀器鏡片組。最后，他們期待儀器可具有更高通量的篩選能力，期待使用6144孔板也可以達(dá)到相近的測試性能。如果采用這種方法，可以將篩查200萬個化合物所需的時間縮短到2.39天。

　　小分子藥物空間分布研究

　　制藥公司越來越意識到了臨床研究結(jié)果與早期開發(fā)工作之間的脫節(jié)。作為行業(yè)性問題之一，ADME/TOX研究結(jié)果需要盡早與臨床研究整合，以便了解還處于臨床前階段的藥物分布、代謝和毒理學(xué)基本細(xì)節(jié)。

　　目前確定前體藥物及其代謝物組織分布的最佳實(shí)踐方法是定量全身放射自顯影技術(shù)（QWBA）和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，但這些方法并不能提供完整的代謝分布圖。 QWBA研究成本很高，也不能區(qū)分前體藥物和代謝產(chǎn)物，對早期生物化學(xué)途徑和機(jī)制研究有很大的限制。

　　對來自組織勻漿的提取物進(jìn)行LC-MS分析，并不能得到化合物空間分布信息，同時這種分析方法可能會產(chǎn)生較大誤差。例如，如果代謝物分布在非常小的區(qū)域，則由LC-MS報告的組織中的平均含量并不能精確地表示藥物代謝產(chǎn)物的真實(shí)分布情況，研究人員可能由此得出藥物毒性相關(guān)的錯誤結(jié)論。

　　MALDI質(zhì)譜成像檢測方法，可以提供關(guān)于藥物、藥物代謝物和其他內(nèi)源物質(zhì)組織的定量和空間分布信息。MALDI-MSI可以幫助研發(fā)人員在開始成本高昂的QWBA實(shí)驗(yàn)之前了解候選藥物相關(guān)代謝物的空間分布規(guī)律及其組織生理學(xué)情況，從而決定候選藥物是否應(yīng)該進(jìn)行下一個研發(fā)階段。

　　MALDI-MSI所采用的一系列質(zhì)譜儀器類型取決于具體應(yīng)用需求。例如，MALDI-TOF系統(tǒng)可以提供最高的通量，而磁共振質(zhì)譜儀（MALDI-MRMS）可以提供極高的質(zhì)量分辨率和測量準(zhǔn)確度。另外，MALDI-MRMS通常可以對成像的化合物進(jìn)行獨(dú)特的分子式識別。

　　在MALDI質(zhì)譜成像中，常規(guī)的新鮮冰凍組織切片用MALDI基質(zhì)溶液處理，MALDI基質(zhì)溶液從組織中提取化合物，提取同時可以保留下層組織中化合物的空間信息。 MALDI-MSI分析可以生成一組從樣品中檢測到的化合物的無標(biāo)記強(qiáng)度/分布圖。 MALDI質(zhì)譜成像不會破壞內(nèi)部細(xì)胞特征，隨后可以對樣本進(jìn)行組織學(xué)染色以促進(jìn)組織學(xué)與MSI質(zhì)譜成像的綜合研究。

　　圖1所示的圖像說明這種新技術(shù)可以為藥物ADME / TOX機(jī)制的更深入研究提供幫助。Castellino等人在早期工作中，通過MSI技術(shù)以50μm的空間分辨率對3只服用拉帕替尼的狗的肝臟代謝物進(jìn)行了分析。組織學(xué)相關(guān)性分析顯示分子量為649.14的代謝物特定分布于其炎癥部位。

　　在同一課題組的最新文章中， MALDI-MSI解決了傳統(tǒng)LC-MS分析不能解決的問題。研究抗癌藥物達(dá)拉菲尼對幼年大鼠的腎毒性，在幼鼠腎臟切片中可以觀察到管狀沉積物，而這些沉積物成年大鼠的腎臟中并不存在。使用MALDI-MSI直接晶體進(jìn)行了分析并確定它們是磷酸鈣，這與傳統(tǒng)的LC-MS或QWBA相比，可以提供更加完善的評估達(dá)拉菲尼的用藥風(fēng)險。

　　結(jié)論

　　圍繞MALDI-MS建立的新技術(shù)和創(chuàng)新方法正在興起，這有助于更快地發(fā)現(xiàn)與篩選候選藥物，以及能夠以更低成本研究候選藥物的ADME / TOX代謝規(guī)律。許多制藥公司已經(jīng)充分認(rèn)識到這些新技術(shù)的價值，并進(jìn)行了相關(guān)儀器配置。隨著相關(guān)新應(yīng)用的不斷發(fā)布，MALDI-MS技術(shù)將在藥物的發(fā)現(xiàn)和研究過程中起到更大的作用。

    參考資料

　　MALDI-MS Detection Schemes Hasten Drug Development：Novel Method to Finding New Drug Candidates with Promising Therapeutic Applications