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关于“AI驱动的一站式药物筛选与设计平台”

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AI驱动的一站式药物筛选与设计平台

在药物研发阶段,一个优秀的项目往往是从如何从0到1获得一个有潜力的药物分子开始的。利用齐全、完备的小分子库,高效、准确地筛选出高活性的候选化合物,决定着整个项目的成败,也是抢占药物研发先机,降低研发成本和时间的关键环节。

随着新技术的蓬勃发展、推陈出新,AI 在药物研发的产业中也有了长足的应用。AI技术能够智能预测分子和靶点的结合模式,快速进行高通量的分子筛选,并能通过 对小分子进行有针对性的生成和改造。AI技术的应用能够彻底改变药物筛选和设计的传统模式,将其从一个耗时、昂贵且高失败率的“试错”过程,转变为一个更加精准、高效和数据驱动的科学。

青云瑞晶整合全流程资源,搭建了以AI为驱动的一站式药物筛选与设计复合创新平台,以算法模型引导分子理性设计,干湿结合替代传统研发的盲目筛选模式,为企业的药物研发流程降本增效。平台前端以先进的AI算法,代替人力完成真实世界中千百次实验筛选,快速获得候选分子;后端衔接全面的实验验证平台,包括复合物结构解析、亲和力测试、体内体外药效测定等,保证筛选出的药物分子具有……

应用范围

  • 小分子药物虚拟筛选与分子设计
  • 蛋白降解药物(PROTAC和分子胶)设计
  • 生物大分子药物抗体设计
  • 生命科学基础研究蛋白结构-功能解析
  • 细胞治疗与肿瘤免疫抗原肽设计
  • 合成生物学酶设计与优化

技术优势

智能算法

自主研发的人工智能算法,多次参与国际比赛并斩获奖项,预测结果在精度上与实验解析精度基本达到一致。

核心算法采用图论中的最大全连接子图搜索,找到准确的模板,并在模板基础上进行3D-CNN法的深度学习,对复合物界面的结构特征进行提取,再通过网络打分的形式挑选出最终的近天然复合物结构。

该算法目前已经能够对蛋白质-蛋白质、蛋白质-小分子、蛋白质-核酸、抗原-抗体、蛋白质-多肽,以及PROTAC三元体复合物等多种复合物结构进行预测。并对不同的复合物类型进行了相应算法的开发与调整,保证整个算法包中针对不同的复合物均有具体的算法对应
算法流程
  • 结构准备
  • 口袋模板搜索
  • 配体准备
  • 3D CNN打分
  • 最终结构

干湿结合

服务流程

  • 计算筛选
  • 实验筛选
  • 靶点-活性分子
    结合模式解析
  • 优化药物分子
  • 设计分子
    合成路线
  • 验证
    体内体外药效
  • 验证
    PK\PD性质

计算筛选

  • 根据客户的具体需求,匹配相应的算法工具,可快速进行大量化合物库的筛选,筛选出潜在的活性分子。

实验筛选

  • 蛋白水平湿实验筛选。将所得到有潜力的候选分子进行二次筛选,通过药物高通量筛选技术(如蛋白酶活测定、分子互作)等方式,获得苗头分子。验证细胞毒性,确认获取分子可推进至下一步。
  • 分子水平的高通量筛选:一种快速评估大量化合物对特定靶点活性影响的实验,可用于靶点抑制剂或激动剂的筛选。以酶、受体、离子通道等特定生物大分子为靶点,借助自动化实验系统,大规模并行检测化合物与靶点间的相互作用。该系统整合自动化加样、反应控制、样品管理及信号检测等模块,综合运用生物化学与生物物理技术,如荧光偏振(FP)、表面等离子共振(SPR)、膜片钳等技术,分别评估化合物的抑制、激活或结合活性。
  • IC₅₀精确测定:IC50 (half maximal inhibitory concentration,半最大抑制浓度) 是表示抑制50%生物活性所需的药物浓度,是衡量化合物对特定靶点或细胞抑制强度的核心指标,数值越低则效力通常越强。将梯度稀释的化合物与生物样本(如细胞、酶)孵育,检测活性响应,并通过剂量-反应曲线计算得出。在药物筛选中,IC50直接用于量化评价化合物活性、比较细胞耐药性,是筛选先导化合物和评估药效的关键定量依据。

靶点-活性分子结合模式解析

  • 通过湿实验准确解析出苗头分子和靶点蛋白的复合物结构,获取原子级别结构信息,精准到结合位点,明确结合模式。
  • 结构生物学主要通过物理手段研究生物大分子的三级结构,预测并研究其功能,阐明大分子相互作用的分子机制。常用的结构生物学解析手段主要为X射线衍射和冷冻电镜。
  • X射线衍射:是利用单晶体对X射线的衍射效应来测定晶体结构的实验方法。是鉴定蛋白质/蛋白复合物结构的金标准。XRD可以实现较高的分辨率,通常可以达到1到2Å。因此,它可以提供非常详细的原子级别的结构信息。
  • 冷冻电镜:冷冻电镜单颗粒技术(CryoEM-SPA),一种在低温状态下使用透射电子显微镜观察样本的显微技术。其利用电子散射机制,通过低温冷冻而大大降低了高能电子束对分子结构的损伤,而后通过将散射信号转换为数以万计的单颗粒图像并依此进行三维结构重构。冷冻电镜单颗粒法已经成为了解析各种蛋白分子结构的常规手段,与X射线晶体衍射共同构成了高分辨率结构生物学的基础。

优化药物分子

  • Molecular docking:由于蛋白质的灵活性对配体结合的可能靶点构象状态范围有重要影响,MD模拟可以为药物设计提供关于靶点动态特性的重要信息。MD模拟可以研究这些蛋白质的动力学和功能,并了解它们如何与小分子或其他蛋白质结合,为后续的分子优化提供线索。
  • MMGBSA/FEP计算分析:精度更高的挑选候选分子的方法。根据结合自由能的计算,预测分子与生物大分子(如蛋白质、核酸)结合亲和力,帮助比较两个分子与同一个目标蛋白结合时的结合强度,进而协助判断哪种分子可能更适合作为候选药物。广泛应用于药物设计中的先导物优化过程,尤其是在通过片段替换等方式改良先导化合物与蛋白的结合强度时,它能提供一种基于物理模拟的定量评估方法。

设计分子合成路线

  • 为最终推荐的分子设计化学合成路线,确保候选分子能够成功落地。

验证体内体外药效

  • 根据具体项目内容,定制化设计细胞实验或动物实验测定体内、体外药效。

验证PK\PD性质

  • 根据具体项目内容,定制化设计小鼠实验测定PK、PD性质。
LNP表征

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