助力新药研究开发与药学科研成果转化---访清华大学药学技术中心PKPD平台主管丁怡

　　清华大学药学技术中心(以下简称“药学中心”)是面向全校的一个从药物发现、药物筛选到药物评价的公共服务平台，可为生命科学与医药学相关研究及相关重大课题的申报与实施提供帮助与支持。早在2010年，清华大学生命科学学院院长施一公教授就提出要建设药物平台,促进清华大学药学及相关学科的发展,提高整体药学研究水平,为清华大学的新药研究与开发提供科研服务。在985专项基金的资助下，2010年8月清华大学启动药物平台建设，购置了一批用于药学及相关学科研究的大型仪器设备;2011年7月第一批仪器安装使用;2015年药学院成立之后，又增加了一些大型仪器设备;迄今为止，药物平台已对全校师生开放服务了超过7年，从最初的“药物发现平台”发展成为如今的“药学技术中心”，在科研支撑和测试服务方面受到校内外广大用户的好评。

　　近日，仪器信息网专访了清华大学药学中心PKPD平台主管丁怡教授，就该中心的科研职能、仪器配置、运行机制、管理模式及未来发展等内容作了深度交流。共同接受采访的还有清华大学药学中心筛选平台应用工程师王婷、清华大学医学院生物医学工程系博士研究生鄢晓君。

清华大学药学中心PKPD平台主管丁怡教授(中)、清华大学药学中心筛选平台应用工程师王婷(右)和清华大学医学院生物医学工程系博士研究生嫣晓君(左)

　　为药学学科发展和科研提供技术服务

“我们这个中心建设初期叫药物发现平台，最近申请到学校的校级平台，更名为药学技术中心。” 据丁怡教授介绍，目前清华大学的校级平台已有10个，其中与生命科学相关的有3个：生物医学测试中心、蛋白质研究技术中心和实验动物中心，主要的服务对象是校内外与医学和生命科学相关专业的师生。而药学技术中心的建立则是为满足药学学科发展和科研需求，其目标是采用新型运行机制和管理模式，建立现代化的新药研究与开发体系，以促进清华大学新药研究和成果转化工作的顺利开展，并加速我国创新药物的研发进程。

　　药学中心不仅是从基础研究到科研成果转化的桥梁，同时也是我校对外合作与交流的平台。中心将借鉴世界一流医学转化中心的成功经验，本着“创新、教育、转化”三位一体的思路，努力发展成为国内外知名的药学科研条件平台，并打破医药研发技术壁垒，培养引领医药研发的高端技术人才。

　　药学中心将涵盖分子生物学、分子药理学、细胞生物学、生物信息学、药物化学、分析化学等多种学科 (但所用的仪器设备和现有的几个校级平台是不一样的,侧重在小分子药物的研究与开发)，包括药物发现、药物发展、药物评价三个新药研发重要环节的核心技术。

　　为提高仪器设备的有效使用率，药学中心各平台实行设备测试服务及技术服务两种模式。测试服务费依据用户所使用设备的使用时间或样品数进行收费。技术服务依据所提供服务,根据配备技术人员人数及技术难度计算成本收费，同时还可采取课题合作的方式，利用平台仪器设备与课题组开展合作研究。

　　各平台设备主要面向清华大学生命学院、医学院、药学院及其它院系师生开放，并在保证做好校内服务的基础上，向校外高校及研究所提供测试服务。通过建立网上预约使用、仪器设备专人使用和管理、对学生提供培训等，提高大型仪器共享效益和使用效率。

　　活性筛选和PKPD平台

　　目前药学中心已初步建成的平台包括活性筛选平台和PKPD平台，主要工作内容是化合物库的建立、基于靶点的高通量筛选和基于细胞的高内涵筛选、药物血浆药代动力学和药物代谢产物鉴定及药物中杂质筛查等。

　　PKPD平台已配置了多种色谱质谱联用仪，包括低分辨、高分辨液相色谱质谱联用以及气相色谱质谱联用，可做天然药物、合成药物、中药及生物小分子的定性及定量分析，例如药物有效成分分析、杂质成分鉴定、药物代谢产物鉴定、体内药物代谢动力学、脂质组学及代谢组学等。

　　活性筛选平台目前拥有近18万的化合物库储备、配置了标准化实验室、细胞培养洁净间、动物实验操作间及诸多以微量、快速、灵敏和大规模化为特点的高端科研设备和常用配套设备，可为用户高效率地进行生物活性筛选提供技术平台和技术条件。“活性筛选平台的主要工作是做先导化合物筛选、初步生物活性检测及优化，从分子水平、细胞水平到动物水平，我们现有仪器都能做到。”丁怡教授说。

　　活性筛选平台现有的设备包括：双转盘激光共聚焦高内涵成像显微镜(Opera Phenix)、纳升级声波移液系统(Echo550)、多功能酶标仪(EnVision & Enspire)、高通量实时荧光检测分析系统(FLIPR Tetra)、全自动移液工作站(Tecan EVO200)、长时间动态细胞成像及功能分析系统(Incucyte Zoom)、全自动细胞计数及活力分析系统(Vi-CELL XR)、洗板分液系统(BioTek EL406 & MultiFlo)、全自动生化分析仪、全自动多关节微孔板处理系统等。“所以从整个药物筛选的流程来讲，我们平台已涵盖了药物筛选的各个方面，无论是单个环节还是整体实验流程，我们平台都能给到相应的技术支持。” 活性筛选平台应用工程师王婷介绍说。

药物筛选主力终端Opera Phenix 高内涵筛选系统

　　活性筛选平台拥有新一代双转盘扫描型激光共聚焦的成像系统---Opera Phenix 高内涵筛选系统，是平台最高端的药物筛选终端仪器。“这台仪器现在使用比较多，功能齐全，可以做各种关于毒性、细胞生长周期、模式动物的分析，应用比较广泛。”丁怡教授介绍说。

　　Opera Phenix高内涵筛选系统具有以下特点：

　　配置1-4个高灵敏度16bit sCMOS 数码相机，可同时获取不同波长的荧光与明场图像，每日最大成像通量不低于10万张，杜绝串扰;

　　配置微透镜双转盘共聚焦成像系统，同时具备宽场荧光、共聚焦荧光、明场，label free数字荧光(DPC)等成像模式;

　　高清晰水浸物镜大幅提高了分辨率、灵敏度与成像深度，即使微组织样品深层也能获得很好的成像效果;

　　荧光激发光采用4色固态激光器，波长分别为：405nm，488nm，561nm，640nm，另外配置专业活细胞观察近红外LED照明为明场光源;

　　Harmony成像分析软件可提供大量预制的实验分析应用方法，同时具备2D及3D的图像可视化及细胞纹理及机器自学习功能，可深度解析不同处理细胞表型差别。

　　可与第三方自动化系统整合。

　　清华大学医学院生物医学工程系博士研究生嫣晓君是药物筛选平台的校内用户，她们课题组开发了一种高通量的三维细胞培养孔板，可以为细胞提供三维立体的、更接近体内的生长环境。“我们将二维和三维孔板的抗菌类药板的抗癌类药物的筛选结果与动物模型结果对比，发现三维比二维筛选的误筛率低，可有效减少假阳性结果，准确性更高。”据嫣晓君介绍，三维细胞筛选与二维细胞筛选在仪器操作和使用方面完全相同，但是成像结果有非常大的区别。

　　相比于二维的单层细胞，三维培养的细胞形成立体微组织，有厚度信息，会更厚，因此使用普通的显微镜或荧光显微镜只能看到大概的信息。“细胞三维成像对仪器性能的要求更高，确实是需要匹配更高的仪器。比如想要看肿瘤微环境，细胞与细胞之间相互作用以及细微差别，那么你用普通的显微镜相对就比较模糊，看不清细胞间距离的细微信息。但是如果用PerkinElmer的高内涵筛选系统，就能比较清晰地观察到细胞，比如检测核与核之间的间距，有多少细胞聚集在一起，或者细胞聚集的具体位置。而且高内涵的好处是可以高通量、批量地获取并分析数据，非常适合我们这样的高通量三维细胞培养系统。”

搭建从先导化合物发现、优化到临床前研究的技术支持平台

　　“从药物发现、药物发展到药物评价是一个系统的工程。我们药学院2016年12月才成立，目前学院大部分老师更多的还是从事基础性的研究，侧重前期药物发现，真正做到后期的还比较少。但既然是药学院，未来一定会做新药，将科研成果进行产业化，这是我们未来的发展方向。”谈及平台未来发展，丁怡教授如是说。

　　清华大学药学中心未来将建设8个子平台：

　　1) 靶点发现平台：药物新靶点的发现和验证

　　2) 药物化学与合成技术平台：先导化合物的制备和鉴定

　　3) 生物活性筛选技术平台：体内外活性筛选

　　4) 计算机辅助药物设计平台：根据靶点的结构、设计可与之发生作用的小分子，进而进行合成

　　5) 药效/毒性研究技术平台：先导化合物的药效和毒性测试

　　6) 药物制剂与药物递送技术平台：药物转运系统与新剂型研制

　　7) PKPD技术平台：临床前药效和药代动力学研究

　　8) GMP细胞制备技术平台：建立规范化的符合GMP认证的实验室

　　其中，生物活性筛选平台和PKPD平台以及药物制剂与药物递送平台已初步搭建，并已部分对外开放，待补充完善所需设备后将全面开展相关工作。

　　“单说先进程度，现在很多高校、科研院所都有同样高精尖的仪器设备，所以未来我们要重点提高技术人员的专业能力和服务水平，在同行业内要能做比别人好或者别人做不到的事情。”丁怡教授说。

　　附：丁怡简历

　　教授，现任清华大学药学技术中心PK/PD平台主管。1982年毕业于北京中医药大学获学士;1987年在中国医学科学院中国协和医科大学获硕士; 1992年于日本熊本大学药学部获博士;1987年至2002年期间先后在中国医学科学院/中国协和医科大学药物研究所任助理研究员，副研究员和研究员;2000年至2001年在美国北卡州立大学化学系做访问学者;2002年至2016年在清华大学生命科学学院任教授，2016年1月调入清华大学药学院。

　　从事中药及天然药物的化学成分研究和新药开发。包括从天然产物及常用中药中提取分离各种化学成分，通过结构修饰和结构改造，寻找高效低毒的先导化合物。在确定中药或天然药化学成分及药理活性的基础上，建立有效部位或有效成分的提取工艺。通过化学及药理活性研究，阐明中药作用的物质基础，并建立药材的合理质量控制方法，为新药的研究和开发奠定基础。在明确有效成分或有效部位的前提下，进行新药制备工艺的研究，并建立原料药及制剂的质量控制方法，开发高效、低毒、质量可控的中药或天然药物新药。

　　论文“甾体及三萜皂甙的化学研究”曾获中国医学科学院中国协和医科大学第四届医药卫生青年科技论坛优秀论文三等奖;“抗肿瘤新药紫杉醇及其注射液的研究和开发”获卫生部科技进步一等奖和国家科技进步奖三等奖。在Chem.Pharm.Bull., Phytochemmistry，Biochemical and Biophysical Research Communications 等SCI杂志及国内核心期刊上发表论文100多篇，结合中药新药的临床前研究，申请发明专利5项。