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Thermo Scientific 化学探针是蛋白质功能的选择性小分子调节剂,旨在允许研究人员在基于细胞或动物的研究中询问关于其分子靶点的机制和表型问题。
化学探针代表了学术和药物发现研究与开发的重要组成部分。这些化合物有助于在花费药物开发和临床试验的时间和费用之前降低寻求途径或靶点的技术和生物学风险。化学探针对于验证治疗适应症的新分子靶点至关重要。
每种 Thermo Scientific 化学探针均具有已知的作用机制(MoA),这是化学探针质量的关键标准。每种探针均经过分子结构和化学纯度验证,以符合公认标准。产品组合涵盖范围广泛的靶点领域和应用。
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化学探针是已知以特定方式调节特定蛋白质靶点的小分子化合物。然后,这些探针可用于药物发现和开发,以研究该靶点或通路的作用。在开始漫长而昂贵的开发和临床试验流程前,使用探针可以预览针对相同靶点的药物是否有效。
化学探针可用于帮助建立分子靶点与在细胞或生物体中调节该靶点的更广泛生物学结果之间的关系。它们还可以帮助您发现与该靶点相关的新生物学,阐明靶点和表型之间的关系,并验证特定靶点是否为影响疾病进展或结局的适当干预点。化学探针可提供靶点的生物学验证而非临床验证。
国际生物医学科学家的开放科学联盟 Target 2035 计划设定了一个雄心勃勃的目标,即到2035年利用开放科学促进整个人类蛋白质组化学探针的开发。
被证明有效的探针有时可被使用或开发成药物。然而,大多数探针并非被设计或选择来最终表现出在临床环境下的类药性(drug-like)、安全性和有效性,而这些因素可确保其成为良好的药物。
药物有时可以用作探针,但这样做时建议谨慎。药物的 MoA 可能涉及多种蛋白和途径,或者可能未明确或尚属未知。相比之下,探针的目的是验证单个 MoA。
药物 | 探头 |
---|---|
必须安全有效 | 问一个具体的生物学问题 |
可能具有未明确的作用机制(MoA) | 需要明确的 MoA |
可能影响多个靶点 | 需要对靶蛋白具有高选择性 |
IP 限制;有限可用性 | 物理化合物和活性数据均可免费获得 |
必须具有人体生物利用度 | 不要求具有类药性(drug-like),如生物利用度 |
具有高标准的理化性质 (分子量、亲脂性等) | 通过使用结构上相关的无活性化合物和结构上不相关的活性化合物来显著提高价值 |
具有高标准的药学性质 (稳定性、合理经济的合成、确定的结晶形式等) | |
表格改编自 Arrowsmith CH, Audia JE, Austin C, et al.化学探针的前景和危险 |
通过提高我们对靶点和途径的理解,化学探针可以在促成和加速新药的发现和开发方面产生重大影响。例如,2010 年首次发表的 BET 抑制剂探针 JQ1 和 I-BET 与急性髓系白血病(AML)和多发性骨髓瘤(MM)有关,并且已经进行了 30 多项临床试验1。
在不首先使用化学探针的情况下进行药物开发可能会产生后果,且成本高昂。例如,化合物 Iniparib 被开发为早期的聚(ADP-核糖)聚合酶(PARP)抑制剂,特别是用于 BRCA 介导的肿瘤。当 Iniparib 在 III 期临床试验中失败时,人们对 PARP 抑制是否有效产生了疑问,整个领域都受到了威胁。后来,Iniparib 对 PARP 活性的作用被证伪,发现其非特异性修饰含半胱氨酸的蛋白。相比之下,经验证的 PARP 抑制剂(如奥拉帕利 [Olaparib] 和维利帕尼 [Veliparib])已在 BRCA 介导的模型和患者中显示出显著的抗肿瘤活性2 3。
奥拉帕利及其 Maybridge 集合前体分子。奥拉帕利(右,商品名为利普卓)于 2014 年获得 FDA 批准用于治疗 BRCA 突变型卵巢癌,由来自 Maybridge 筛选集合(Maybridge Screening Collection) 的化合物(左)开发而成,这是已获得监管批准的几类药物之一。利普卓现在也作为 BRCA 突变转移性胰腺癌的一线维持治疗,可降低某些患者的疾病进展或死亡风险。
Lin 等人(2019)使用 CRISPR-Cas9 诱变敲除了认为负责靶向蛋白的基因,研究了处于不同试验阶段的10种癌症药物和靶点。在所有10个案例中,细胞继续增殖,表明靶蛋白并非癌细胞增殖所必需。
此外,所有10种药物均保留了有效性,表明其癌细胞杀灭作用是由于脱靶效应所致!作者认为,在临床前验证候选药物的 MoA 有助于降低临床试验中97%的抗癌药物失败率4。
在典型的药物发现工作流程中,使用高通量(HTS)或片段筛选来识别以某种方式影响靶点的化合物(苗头化合物)之后,以及使用药物化学方法将有前景的苗头化合物开发为先导候选物之后,通常使用化学探针。探针用于评估先导化合物的作用和途径,在花费临床试验时间和费用之前降低风险。
许多作者建议使用化学探针来补充遗传学方法(例如去除、抑制或编辑基因)来研究蛋白靶点 1。化学方法比遗传学方法更快、更集中,利用广泛的细胞和动物模型,因此通常用于在遗传操作或临床试验之前验证靶标。
对于高质量化学探针的理想特性,已达成合理的共识5。
一些作者明确了这些特性的定量指标,如靶蛋白的体外效价 <100 nM 1,但其他人建议此类指标应通过任何给定靶点的可用指标来调节6。
您可以通过多种公共资源获得有关特定探针的数据6。 Chemical Probes Portal 成立于2015年,是领先的专家策划管理资源类别,旨在提供基准数据和公正的专家评审和建议。它还包括过去用于研究靶点的历史化合物的有用列表,在许多情况下,供应商如今仍供应这些化合物,但其选择性或效力不足以符合有效探针的要求。
有关 PI3 激酶 PIK3CA 的 Chemical Probes Portal 检索结果。有两种探针受到众多评价:Alpelisib(BYL 719),其对 PIK3CA 具有高选择性;以及 Pictilisib(GDC-0941),其也能抑制其他 PI3K 亚型。根据关注的生物学背景,这两种探针均可成功使用。第三种较新的探针 NVP-CRL 457 仍处于评价中。请注意,20世纪90年代研究 PI3 激酶的首选化学抑制剂 Ly294002(仍在发表文献中广泛使用)被列为历史化合物,由于其对激酶和其他靶点具有广泛抑制作用,因此不如所列出的化合物6。
在计算资源范畴中,ProbeMiner作为客观、定量、数据驱动的探针评估的来源。这两个数据库可以看作是相互补充的。
所有 Thermo Scientific 化学探针均具有已知的 MoA,这是化学探针质量的关键标准,许多探针在探针数据库中获得了较高评级。然而,部分探针尚无足够的确证性数据来获得较高排名。
1Arrowsmith CH, Audia JE, Austin C, et al. 化学探针的前景和危险 Nat Chem Biol. 2015: 11: 536 541. 全文
2 Blagg J, Workman P. 明智地选择和使用化学探针来探索癌症生物学 Cancer Cell. 2017; 32: 9 25. 全文
关于使用化学探针研究细胞和生物体中蛋白质功能的对话 Nat Commun. 2022; 13: 3757. 全文
4Lin A, Giuliano CJ, Palladino A, et al. 脱靶毒性是正在进行临床试验的抗癌药物的常见作用机制 Sci Transl Med.2019; 11: 509. 全文
5Wagner BK. 化学探针简介 in Brennan P, Rodriguez SV (eds.), 化学探针在靶标发现中的发现和应用 2020; Royal Society of Chemistry, pp. 1 13. 全文
6Antolin AA, Workman P, Al-Lazikani B. 化学探针的公共资源:迄今为止的旅程和未来的道路 Future Med Chem. 2019; 13: 731-747. 全文
Arrowsmith et al (2015), 化学探针的前景和危险
Antolin et al (2019), 化学探针的公共资源
仅供科研使用,不可用于诊断目的。