高通量培养技术

高通量筛选技术及常用仪器设备目录一、背景二、高通量筛选常用仪器设备三、未来趋势高通量筛选技术背景伴随着组合化学的长足开展，使得人们能够在短时间内合成大量化合物，同时分子生物学、分子遗传学和生物化学的研究如人类基因组方案、蛋白质组学等以几何级数增加了新的靶分子的数量。然而常规的筛选方法处理不了如此众多的化合物和靶分子，因此高通量筛选技术应运而生。该技术极大地提高了对目标分子、活性物质以及前导药物的筛选速度。背景特别是21世纪初，美国推出了“QbD〔质量源于设计〕〞，更是把高通量筛选技术推到了一个新的高度。质量源于设计〔QualitybyDesign，QbD〕这一理念首先出现在人用药品注册技术规定国际协调会议中，其定义为“在可靠的科学和质量风险管理根底之上的，预先定义好目标并强调对产品与工艺的理解及工艺控制的一个系统的研发方法〞。FDA已经将QbD认作是cGMP的根本组成局部。背景高通量筛选(Highthroughputscreening，HTS)技术是指以分子水平和细胞水平的实验方法为根底，以微板形式作为实验工具载体，以自动化操作系统执行试验过程，以灵敏快速的检测仪器采集实验结果数据，以计算机对实验数据进行分析处理，同一时间对数以千万样品检测，并以相应的数据库支持整体运转的技术体系。主要用于菌种筛选、哺乳动物细胞系监控、微生物蛋白表达重组子的筛选、代谢通路修饰研究、分子进化过程中的酶突变体的筛选等。QbD理念ICHguidelinesQ8(onPharmaceuticalDevelopment)ICHQ9guidelines(onQualityRiskManagement)ICHQ10guidelines(onPharmaceuticalQualitySystem)ProductqualitydrivenQualityriskassessmentSoundscience–processdeepunderstandingCQAs,CPAs,DesignspaceQualitybyDesign(QbD):Asystematicapproachtodevelopmentthatbeginswithpredefinedobjectivesandemphasizes

product

&

processunderstandingandprocesscontrol,basedonsoundscience&

qualityriskmanagement.产品属性、生产工艺与产品性能之间的关系产品的认知Design设计生产的全过程控制QbD理念生物医药开展的最终目的是建立一个可持续的能够按照预期要求进行产品生产的工业过程。生物系统的复杂性〔如生产重组蛋白的新重组子〕决定了寻找表达治疗性蛋白质的最正确培养条件是非常困难的。各变量相互影响，往往能得到上千种组合。需要在早期开发过程中识别生物过程中的关键要素并建立相应的过程设计空间。结合过程分析技术PAT，利用多变元分析、实验设计策略DoE等对这些上千组合进行高通量筛选，获得能够保障质量和产量的最正确表达系统和相关过程参数。QbD与HTS背景高通量筛选技术在从生物制药领域延迟伸出来的其他交叉领域如微生物发酵中的育种方向等也有重要作用。无论是微生物发酵生产大宗化工用品或是药品亦或是食品，都离不开育种。而育种的两大任务就是突变与筛选。将高通量筛选技术应用在生物育种中，将大大提高育种效率及获得优良菌种的几率。菌种高通量筛选方法的建立HTS常用仪器设备HTSFixtureandShakerMicrotiterPlatesPipettingSystemParallelFermentationSystem多孔板48-Cover96-CoverFlaskFlaskTimeTimeFig.AGrowthcurvesofE.coliinshakeflaskandMTPs.Flask24-MTP24-BMTPVolumeFig.BkLaofdifferentMTPsfilledwithdifferentvolumeofliquid.TableAEvaporationrateofwater(μL/day/well)Day1Day2Day324-MTP39.248.348.948-MTP26.532.231.9TableBCVvalues

amongwellsandplatesOD595ofE.coliEnzymeactivityWelltoWellPlatetoPlateWelltoWellPlatetoPlate24-MTP1.75.51.77.148-MTP1.36.82.18.024-MTP24-BMTP48-MTP96-MTPOutstandingFeatures:Highthroughput,timeandlaborsaved.Highventilationefficiency,suitableforcultivatingaerobicbacteria–Fig.A&B.Lowevaporationrate,capableoflong-timecultivation–TableA.Goodparallelity–TableB.Madeoffood-gradePP,betolerateoforganicsolvent.Couldbereused.移液设备ManualpipettingtoolAutomaticpipettingplatformOutstandingFeatures:8-channelDistributionrange:0.5-5.0mL,1.0-10.0mL,2.5-25.0mL,5.0-50.0mLSmallandcheapEasytooperate,withhighprecision:CV<3%.OutstandingFeatures:Channeloptional:singleor8-channelBecompatiblewithdifferentkindsoftipsBecompatiblewith24-MTP,48-MTP,96-MTP,centrifugetubes,cyrotubes,etc.Distributionrange:

Singlechannel:100-1000μL,20-200μL,10-100μL8-channel:20-200μL,30-300μLControlledbycustomizedsoftware,CV<1%.震荡培养设备OutstandingFeatures:EasytofixthefixtureonshakersBecapableoffixing24-MTP,48-MTP,96-MTP,etc.Becapableofscreening1536strainssimultaneouslyCouldbeusedathighrotationspeedEasytooperate平行发酵设备OutstandingFeatures:Quarternity,couldbeexpandedtooctonarySmallcultivatevolume(500-1000mL),economicalandlaborsavedMonitoringpH,DO,temperature,agitation,foam,etc.,withfourhighprecisionsmallpumpsNon-contactstirring,avoidingabrasionandcontamination90W*55D*65Hmm,couldbeplacedonthetableCustomizedsoftware,controlledbycomputerand/ortabletDoEandmultivatiateanalysissoftwareembedded其他常用仪器设备自动灭菌培养基制备机自动培养基分装系统其他常用仪器设备自动细菌平板稀释仪其他常用仪器设备多功能酶标仪其他常用仪器设备流式细胞仪液相芯片检测仪商业化的高通量系统已经改变了目前