Marcus Oxer，应用顾问，Titian软件有限公司

 

活性和效力筛选是生物药物或生物制品（biologics）在研发及最终测试的重要步骤。本文中的生物样品可包括抗体、酶等蛋白质以及小干扰核醣核酸（siRNA）等核酸。这种筛选是非常有潜力的领域，因为新技术可更快地筛出候选分子。但新技术也带来了新的要求和挑战，需要在更短的时间内、在更高的通量中（例如384孔甚至1536孔微孔板）进行筛选和管理样本。这使用户不得不越来越注重样品管理的质量以及筛选自动化的使用。

 

为何高效准确的样品管理对大分子生物样品意义重大？

 

生产样品通常是技术精湛且错综复杂的工程活动的结果。初筛获得的活性样品标志着的大量更进一步特性测定工作的开始，这是一个高度熟练的过程。因此记录样本谱系非常重要，因为样本从一块板转移到另一块板，而分析结果可能与管子或板孔中的个体样本有明确相关性。

 

随着处理量的增加，这个问题将更加棘手，需要有一个可准确跟踪样本库存并能与相关自动化设备互动的样本管理系统。

 

生物样品管理面临的挑战

 

 

小分子化合物领域有一套完善的化学品登记注册系统，该系统通常与Mosaic等库存系统进行整合。生物样品登记并非始终妥善进行，原因如下：

· 历来，生产和生物样品/制品筛选的处理量较低，这意味着对专用登记系统的需求较低。

· 不同生物产品的生产或管理缺乏集中化，难以实行单一登记制度。

· 生物产品的丰富多样性使其注册工作本身成为一大复杂挑战。

· 生物样品注册服务的供应商较少。

 

即使有生物样品注册系统，但在登记新条目类别时仍会遇到与现有类目“不对应”的情况，因为生物样品的多样性太大了。最普遍的应对措施（至少最开始是如此）是采用电子表格（Excel）进行管理。而这对于需要跟踪未登记样品的管理小组而言，是一大挑战。Mosaic系统有一套可灵活配置的内置注册登记系统，可记录几乎任何可想到的样品类型，可以向该系统指定任何数量的自定义字段。此手段可与化学品登记系统和生物样品登记系统进行配合使用，更可与上述两系统进行整合。这样便提供了一种有价值的手段，能够在筛选过程中快速注册新类型（new type）的生物条目，作为临时登记库，直到相关样品能在相关外部系统中完成登记。

 

 

通常，在浓度未知的初筛过程中，生物样品筛选主要针对活性（例如：亲和力）的检测。浓度在随后几轮的筛选中才被测定，但对早期筛选而言，系统也必须能应对浓度“未知”的物质。

 

 

发现一种候选生药物，可能需要进行好几轮筛选。例如，针对抗体活性进行培养物上清液的初筛，然后选取活性样品置入新微孔板中进行重复筛选。之后可能进一步选取样本并进行更多分析，以对活性样品进行定量和进一步的特性测定。有时可能有必要培养一个含有不同稀释度生物样品的微孔板。Mosaic系统可通过与自动化液体工作站的整合，控制液体工作站自动地完成该液体处理操作，管理复杂的实验板布局和非线性梯度稀释系列。板的布局可能随着亦不同筛选类型而变化（例如：对照组、标准组和空白组的位置），因此要求须能简便配置新布局。同样地，工作流程也可能变化，例如：输出用实验器具的类型、所需份数等。使用Mosaic系统，可轻松设置分析要求，并配置所需的新工作流程。

 

 

 

 

通常情况下，被检测的生物产品在室温下不稳定，或可能在冻融循环出现劣化、降解。这就要求在运输期间对储存条件进行精确跟踪和记录。Mosaic在样品通过工程流时对其冻融循环进行自动计数。生物产品面临的另一风险是微生物污染，尤其是对培养物上清液而言，因为培养物上清液按其定义即是处于营养丰富的培养基中。这可能需要将液体处理器设置在无菌环境中，例如设置在层流净化罩中，且其位置可能不同于其它自动化程序。而这些对Mosaic系统而言都不是问题，因为它的设计使其可与多个位置使用的自动化设备进行整合。

 

 

在检测实验完成后，分析实验结果时很可能会需要实验板的布局信息，而利用Mosaic系统中的微孔板布局信息则能大大加快计算过程。依据不同的样品类型，Mosaic系统可将微孔板布局信息（物质、浓度、体积、孔位置）导出至专业分析软件（如IDBS公司的ActivityBase）。例如，生物样品和小分子化合物可能需要导出不同标识、浓度单位等。

 

 

 

一个客户案例分享

 

在最近一个客户案例中，由于组织职能整合，其化合物管理小组被要求准备用于抗体筛选的assay-ready实验板。他们发现，除了准备传统小分子化合物实验板外，他们还需要准备大分子化合物实验板。在液体处理方面，该小组能够完成生物样品实验板实验所需的布局要求和浓度，但仅依靠人工加样方式和复杂的Excel表格来进行，还需专人对液体工作站进行编程控制。由于该小组已是Mosaic系统用户（用于小分子化合物管理），因此他们再次找到我们，准备将Mosaic系统扩展到协助制作、管理生物样品（抗体、siRNA）筛选的实验板。

 

 

抗体样品板最初提供给化合物管理组时随带附有电子表格，其中包含抗体的相关信息，但抗体未在别处进行登记注册。

 

第一步是要解决在Mosaic系统的登记系统中导入抗体板信息的问题。这一步的完成主要靠配置Mosaic的实验器具导入模块（Labware Importer），以识别含有相关抗体信息的Excel表。之后，简单导入所提供的Excel表，即可在Mosaic中同时登记注册抗体和其所涉及的微孔板。与小分子化合物一样，抗体样本在共存于同一Mosaic系统中，而Mosaic和外部注册系统可无缝整合。

 

 

该小组为此项任务建立了新的工作流，用以管理抗体的任意选取（cherry pick）和连续稀释。这些流程是按照Mosaic系统内现有的标准工作流步骤所建立，能帮助用户定义所需的各个加样步骤及目标板布局。例如（下图），有的板内布局是以4个孔为单位，按Z型浓度顺序进行的梯度稀释（图3）。

 

 

 

 

生物产品几乎总在水性介质中。小分子化合物样本管理组的液体工作站通常都是针对基于DMSO溶液进行的校准。这对液体处理器的精度产生重大差异。因此，通过与仪器整合，Mosaic系统可使工作站自动设置转移物质类型的正确液体类别（属于小分子还是生物样品）而无需人工操作干预。这就意味着该小组可管理各种类型的板而无需对仪器进行任何手动调整。此外，在进行稀释时，Mosaic系统可提示操作员加载适合于所转移物质的稀释剂。

 

 

 

Mosaic系统随后可指示液体工作站沿用该小组已设置好的工作流工具与流程来进行液体处理、创建新的实验板。实验板的布局信息可自动导出至ActivityBase分析程序，以与筛选结果相关联。

 

 

通过Mosaic系统的拓展，该项目表现出了以下优势：

· 抗体微孔板的制作不再需要电子表格的复杂操作。利用Mosaic系统来指示并驱动液体工作站，样本管理小组的任一成员都可更轻松简单地执行操作。这能更有效地利用员工资源。

· 可在Mosaic中安全地登记注册抗体（或siRNA）。减少了维护Excel表格的需求，同时意味着Mosaic系统可全程跟踪生物样品的后续处理。

· 样本管理小组现在可管理更多样品处理量，且能确保样本跟踪的准确性。

· 目前如有需要，可将制作生物样品筛选板的责任委托给其他小组，例如生产生物产品的小组，只需要将其液体工作站与Mosaic系统整合即可。如此不同资源之间可分担工作量，并且/或者可缩短各筛选步骤之间的周期时间。