Was ist das Wirkstoffscreening in der Arzneimittelentdeckung?

Ein neues Medikament zu entwickeln und auf den Markt zu bringen ist ein langer, schwieriger und teurer Prozess. Dieser Prozess beginnt mit der Entdeckung von Arzneimitteln, d. h. dem Aufspüren vielversprechender Verbindungen, die eine positive biologische Wirkung aufweisen. Das Wirkstoffscreening ist die wichtigste Methode zur Entdeckung neuer Arzneimittel.

Unterschiedliche Ansätze zur Entdeckung von Medikamenten

In den Anfängen der Pharmakologie wurden therapeutische Arzneimittel aus Derivaten traditioneller Heilpflanzen hergestellt: so zum Beispiel Aspirin, das aus der Rinde des Weidenbaums gewonnen wird, oder Digoxin, das aus dem Fingerhut gewonnen wird. Andere Arzneimittel wurden "zufällig" entdeckt, d. h. im Wesentlichen durch Zufall in der wissenschaftlichen Forschung. Dazu gehört beispielsweise Penicillin, das erst nach einem Unfall entdeckt wurde. Staphylococcus Die Kulturplatte wurde versehentlich kontaminiert.

Die Entdeckung von Arzneimitteln hat sich seit diesen relativ frühen Erkenntnissen verändert. Die Aufklärung der Funktion von zellulären Rezeptoren, Enzymen und Ionenkanälen ab den 1960er Jahren hat den Prozess der Arzneimittelentdeckung in ein rationaleres Unterfangen verwandelt: Forscher konnten nun daran arbeiten, Arzneimittel mit funktionellen Eigenschaften zu entwickeln, die auf bestimmte biologische Prozesse ausgerichtet sind.

Der Abschluss des Humangenomprojekts im Jahr 2003 war ein weiterer bedeutender Meilenstein für die Arzneimittelforschung, da er es den Wissenschaftlern ermöglichte, rasch große Mengen gereinigter Proteine zu synthetisieren, an denen sie in einem als Wirkstoffscreening bekannten Verfahren Wirkstoffe testen konnten.

Screening von Verbindungen

Dramatische Verbesserungen in unserem Verständnis biologischer Prozesse und die Katalogisierung von Millionen pharmakologisch aktiver Verbindungen bedeuten, dass die Arzneimittelentdeckung heute in der Regel durch das Testen einer großen chemischen Bibliothek an biologischen Zielen wie Zellkulturen, Enzymen oder Proteinen und die Suche nach bestimmten Wirkungen durchgeführt wird. Dieser Prozess des Wirkstoffscreenings ist der erste Schritt in der modernen Arzneimittelentdeckung.

Die Ansätze für das Wirkstoffscreening können unterschiedlich sein. In der klassischen Pharmakologie (auch als phänotypische Arzneimittelentdeckung bekannt) verwenden die Forscher das Wirkstoffscreening, um eine nachweisbare und erwünschte Veränderung in Phänotyp - Das heißt, die Forscher suchen beim Screening von Substanzen nach einer Veränderung des Zustands einer Zellkultur oder eines ganzen Organismus.

Andere Programme zum Screening von Wirkstoffen untersuchen stattdessen die Wechselwirkung von Wirkstoffen mit einzelnen isolierten Proteinen, von denen man annimmt, dass sie eine wichtige Rolle beim Fortschreiten der Krankheit spielen. Diese spezielle Methode des Wirkstoffscreenings, die als umgekehrte Pharmakologie oder zielgerichtete Arzneimittelentdeckung bekannt ist, ist heute die am weitesten verbreitete Methode der Arzneimittelentdeckung.

Wie wird das Compound Screening durchgeführt?

Einrichtungen für das Screening von Verbindungen verfügen in der Regel über eine Bibliothek von "Stock Plates" - Gitter mit kleinen Vertiefungen, die sorgfältig katalogisierte chemische Verbindungen für Tests enthalten.

Das Screening von Verbindungen findet in der Regel auf einer Assay-Platte statt. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um eine Kopie der Ausgangsplatte, wobei jede Vertiefung eine kleine Probe (oft im Nanoliterbereich) einer Verbindung enthält, die aus einer entsprechenden Vertiefung der Ausgangsplatte stammt. Der Screening-Prozess beginnt, wenn ein biologisches Ziel (z. B. ein Protein, Zellen oder ein Tierembryo) in jede Vertiefung der Testplatte gegeben wird. Nach einer Inkubationszeit können Messungen vorgenommen werden, um die Auswirkungen der einzelnen Testverbindungen auf die biologischen Ziele zu ermitteln.

Die Messungen beim Screening von Verbindungen können manuell erfolgen, z. B. durch Mikroskopie, oder es können automatische Messungen von Größen wie Lumineszenz oder Absorption vorgenommen werden.

Auf diese Weise können beim Screening diejenigen Verbindungen identifiziert werden, die positive Ergebnisse liefern - die so genannten "Hits" -, und der Rest kann verworfen werden. Sobald dies geschehen ist, kann der Prozess der weiteren Prüfung und Arzneimittelentwicklung beginnen.

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