Marcus Oxer，應用顧問，Titian軟件有限公司

 

活性和效力篩選是生物藥物或生物制品（biologics）在研發及最終測試的重要步驟。本文中的生物樣品可包括抗體、酶等蛋白質以及小干擾核醣核酸（siRNA）等核酸。這種篩選是非常有潛力的領域，因為新技術可更快地篩出候選分子。但新技術也帶來了新的要求和挑戰，需要在更短的時間內、在更高的通量中（例如384孔甚至1536孔微孔板）進行篩選和管理樣本。這使用戶不得不越來越注重樣品管理的質量以及篩選自動化的使用。

 

為何高效準確的樣品管理對大分子生物樣品意義重大？

 

生產樣品通常是技術精湛且錯綜復雜的工程活動的結果。初篩獲得的活性樣品標志著的大量更進一步特性測定工作的開始，這是一個高度熟練的過程。因此記錄樣本譜系非常重要，因為樣本從一塊板轉移到另一塊板，而分析結果可能與管子或板孔中的個體樣本有明確相關性。

 

隨著處理量的增加，這個問題將更加棘手，需要有一個可準確跟蹤樣本庫存并能與相關自動化設備互動的樣本管理系統。

 

生物樣品管理面臨的挑戰

 

 

小分子化合物領域有一套完善的化學品登記注冊系統，該系統通常與Mosaic等庫存系統進行整合。生物樣品登記并非始終妥善進行，原因如下：

· 歷來，生產和生物樣品/制品篩選的處理量較低，這意味著對專用登記系統的需求較低。

· 不同生物產品的生產或管理缺乏集中化，難以實行單一登記制度。

· 生物產品的豐富多樣性使其注冊工作本身成為一大復雜挑戰。

· 生物樣品注冊服務的供應商較少。

 

即使有生物樣品注冊系統，但在登記新條目類別時仍會遇到與現有類目“不對應”的情況，因為生物樣品的多樣性太大了。最普遍的應對措施（至少最開始是如此）是采用電子表格（Excel）進行管理。而這對于需要跟蹤未登記樣品的管理小組而言，是一大挑戰。Mosaic系統有一套可靈活配置的內置注冊登記系統，可記錄幾乎任何可想到的樣品類型，可以向該系統指定任何數量的自定義字段。此手段可與化學品登記系統和生物樣品登記系統進行配合使用，更可與上述兩系統進行整合。這樣便提供了一種有價值的手段，能夠在篩選過程中快速注冊新類型（new type）的生物條目，作為臨時登記庫，直到相關樣品能在相關外部系統中完成登記。

 

 

通常，在濃度未知的初篩過程中，生物樣品篩選主要針對活性（例如：親和力）的檢測。濃度在隨后幾輪的篩選中才被測定，但對早期篩選而言，系統也必須能應對濃度“未知”的物質。

 

 

發現一種候選生藥物，可能需要進行好幾輪篩選。例如，針對抗體活性進行培養物上清液的初篩，然后選取活性樣品置入新微孔板中進行重復篩選。之后可能進一步選取樣本并進行更多分析，以對活性樣品進行定量和進一步的特性測定。有時可能有必要培養一個含有不同稀釋度生物樣品的微孔板。Mosaic系統可通過與自動化液體工作站的整合，控制液體工作站自動地完成該液體處理操作，管理復雜的實驗板布局和非線性梯度稀釋系列。板的布局可能隨著亦不同篩選類型而變化（例如：對照組、標準組和空白組的位置），因此要求須能簡便配置新布局。同樣地，工作流程也可能變化，例如：輸出用實驗器具的類型、所需份數等。使用Mosaic系統，可輕松設置分析要求，并配置所需的新工作流程。

 

 

 

 

通常情況下，被檢測的生物產品在室溫下不穩定，或可能在凍融循環出現劣化、降解。這就要求在運輸期間對儲存條件進行精確跟蹤和記錄。Mosaic在樣品通過工程流時對其凍融循環進行自動計數。生物產品面臨的另一風險是微生物污染，尤其是對培養物上清液而言，因為培養物上清液按其定義即是處于營養豐富的培養基中。這可能需要將液體處理器設置在無菌環境中，例如設置在層流凈化罩中，且其位置可能不同于其它自動化程序。而這些對Mosaic系統而言都不是問題，因為它的設計使其可與多個位置使用的自動化設備進行整合。

 

 

在檢測實驗完成后，分析實驗結果時很可能會需要實驗板的布局信息，而利用Mosaic系統中的微孔板布局信息則能大大加快計算過程。依據不同的樣品類型，Mosaic系統可將微孔板布局信息（物質、濃度、體積、孔位置）導出至專業分析軟件（如IDBS公司的ActivityBase）。例如，生物樣品和小分子化合物可能需要導出不同標識、濃度單位等。

 

 

 

一個客戶案例分享

 

在最近一個客戶案例中，由于組織職能整合，其化合物管理小組被要求準備用于抗體篩選的assay-ready實驗板。他們發現，除了準備傳統小分子化合物實驗板外，他們還需要準備大分子化合物實驗板。在液體處理方面，該小組能夠完成生物樣品實驗板實驗所需的布局要求和濃度，但僅依靠人工加樣方式和復雜的Excel表格來進行，還需專人對液體工作站進行編程控制。由于該小組已是Mosaic系統用戶（用于小分子化合物管理），因此他們再次找到我們，準備將Mosaic系統擴展到協助制作、管理生物樣品（抗體、siRNA）篩選的實驗板。

 

 

抗體樣品板最初提供給化合物管理組時隨帶附有電子表格，其中包含抗體的相關信息，但抗體未在別處進行登記注冊。

 

第一步是要解決在Mosaic系統的登記系統中導入抗體板信息的問題。這一步的完成主要靠配置Mosaic的實驗器具導入模塊（Labware Importer），以識別含有相關抗體信息的Excel表。之后，簡單導入所提供的Excel表，即可在Mosaic中同時登記注冊抗體和其所涉及的微孔板。與小分子化合物一樣，抗體樣本在共存于同一Mosaic系統中，而Mosaic和外部注冊系統可無縫整合。

 

 

該小組為此項任務建立了新的工作流，用以管理抗體的任意選取（cherry pick）和連續稀釋。這些流程是按照Mosaic系統內現有的標準工作流步驟所建立，能幫助用戶定義所需的各個加樣步驟及目標板布局。例如（下圖），有的板內布局是以4個孔為單位，按Z型濃度順序進行的梯度稀釋（圖3）。

 

 

 

 

生物產品幾乎總在水性介質中。小分子化合物樣本管理組的液體工作站通常都是針對基于DMSO溶液進行的校準。這對液體處理器的精度產生重大差異。因此，通過與儀器整合，Mosaic系統可使工作站自動設置轉移物質類型的正確液體類別（屬于小分子還是生物樣品）而無需人工操作干預。這就意味著該小組可管理各種類型的板而無需對儀器進行任何手動調整。此外，在進行稀釋時，Mosaic系統可提示操作員加載適合于所轉移物質的稀釋劑。

 

 

 

Mosaic系統隨后可指示液體工作站沿用該小組已設置好的工作流工具與流程來進行液體處理、創建新的實驗板。實驗板的布局信息可自動導出至ActivityBase分析程序，以與篩選結果相關聯。

 

 

通過Mosaic系統的拓展，該項目表現出了以下優勢：

· 抗體微孔板的制作不再需要電子表格的復雜操作。利用Mosaic系統來指示并驅動液體工作站，樣本管理小組的任一成員都可更輕松簡單地執行操作。這能更有效地利用員工資源。

· 可在Mosaic中安全地登記注冊抗體（或siRNA）。減少了維護Excel表格的需求，同時意味著Mosaic系統可全程跟蹤生物樣品的后續處理。

· 樣本管理小組現在可管理更多樣品處理量，且能確保樣本跟蹤的準確性。

· 目前如有需要，可將制作生物樣品篩選板的責任委托給其他小組，例如生產生物產品的小組，只需要將其液體工作站與Mosaic系統整合即可。如此不同資源之間可分擔工作量，并且/或者可縮短各篩選步驟之間的周期時間。