大多数早期药物分子是不透膜的——小分子、DEL、多肽无一例外。传统方法只能把他们放在没有细胞环境的生化检测中“凑合着筛”,后续MedChem投入百万美元和一年时间后,大量分子仍被弃用。Portal机械穿孔技术的本质很简单:在优化透膜性之前,先把分子送到活细胞里面去验证活性。当AbbVie用这个方法发现了一个传统筛选中被忽略的强效抑制剂,当Merck检测到不可透膜p53多肽的真实阳性信号,不透膜分子筛选的底层逻辑正在被重新定义——不是“让分子透膜”,而是“让筛选回归细胞”。
不透膜分子的筛选困境
大多数早期药物分子是不透膜的,包括小分子、DNA编码化合物库(DEL)和大多数多肽。传统应对方法是在药物发现早期阶段通过生化检测和无细胞检测来筛选候选药物,因为药物靶点通常无法以其完整、天然的状态被纯化。
这种在非天然环境中识别候选分子的方法带来高风险。即便可以使用细胞筛选,也不得不使用与疾病相关性较低的细胞系而非原代细胞,且常需使用刺激性化学试剂对细胞进行透膜处理,影响细胞的完整性和功能。
不可透膜小分子的筛选突破
AbbVie验证——发现传统方法忽略的强效抑制剂
AbbVie通过无细胞SPR筛选出的小分子,在采用常规细胞内方法检测时表现出不同程度的活性。当将这些小分子抑制剂通过Portal递送入活细胞后,化合物4被确认为强效抑制剂,而这在传统方法中很可能被忽略。
在Promega的NanoBiT实验中,不可透膜化合物在经Portal递送的细胞中能够更有效地降低信号。这表明使用Portal技术对不可透膜或半透膜化合物进行初步评估,可以识别出更可靠的苗头化合物,避免在不可行的骨架结构上浪费时间和金钱。
DNA编码化合物库(DEL)的活细胞筛选
DEL因其DNA标签难以透膜,迫使研究人员采用缺乏生物学背景的无细胞筛选,此类筛选还可能导致靶点活性丧失。Portal技术已证明能够高效且无偏好性地将DEL递送入活细胞进行筛选。
关键数据: 通过qPCR定量,经Portal递送DEL后的HEK293T细胞中每个细胞约含125,000个DEL分子,相比未处理组和未递送组有显著增加。将多种DEL分子库递送至PBMC后,与稀释后的DEL进行测序比较,Spearman R²=0.93,证明递送无偏好性(即比例一致)。
平台价值: “胞内DEL筛选”使药物发现在天然细胞环境中进行,靶点保持正确构象和支架结构,获得更可靠的阳性苗头化合物。
不可透膜多肽的活细胞筛选
多肽和大环化合物的发现一直受到透膜难题的困扰,活细胞筛选通常仅限于可透膜的分子,排除了大量潜在候选分子。Portal技术无需为活细胞检测预先进行透膜优化,大大增加了发现苗头化合物的机会。
关键数据: Portal已证明能够以高通量形式,通过基于自然扩散和浓度依赖的方式将大环化合物高效递送至活细胞。流式细胞术检测显示信号呈剂量依赖的线性增加(R²=0.93),表明递送入细胞内的分子量与装载浓度直接相关。
Merck验证——p53多肽阳性活性检测: 两种针对p53的不可透膜多肽,经Portal递送后通过FRET检测到了阳性活性信号,而仅共孵育则未检出信号。整个过程中细胞活力保持良好(93%),多肽递送效率高(72%),证明PDII与Galaxy-i集成系统在递送不可透膜多肽及早期评估细胞内功能方面的实用性。
技术原理——为何机械穿孔能实现无偏好递送
Portal的机械穿孔技术让细胞通过膜上均匀的孔,质膜发生变形,允许周围任何Cargo或混合Cargo扩散进入细胞质。递送过程基于扩散机制,不同类别的分子可以共同递送并保持其化学计量比——这意味着分子的大小、电荷、疏水性等理化性质不影响递送效率,实现真正的“无偏好递送”。
这一特性对DEL筛选尤为重要:当多种DEL分子同时递送时,如果某种分子被优先递送,将导致筛选结果的系统性偏差。Portal的Spearman R²=0.93数据证实了递送的比例一致性,为活细胞DEL筛选的可靠性提供了关键支撑。