Frost & Sullivan的咨询师Nate Cosper说：“医药公司如今在研发上花的钱正在减少，因此他们需要提高花钱的效率。微流体技术、机器人技术以及液体处理系统设备将会比现在更有价值。”Frost & Sullivan估计全球自动化蛋白技术产品在2002年到2008年间将会翻两番，达到7.5亿美元。同时，液体处理机器人市场会翻一番，到2009年达到12.16亿美元。Cosper说：“这些设备的投入使用将会打破一个巨大的瓶颈——样品制备。”
许多公司现在正进入这一领域或者在试图扩大他们现有的规模。一些公司也得采用自动化来满足这些新需求。当研究者开始使用DNA芯片来进行大规模化合物定性以及毒物学研究时， Affymetrix已经开始从事基因芯片高通量阵列（HTA）工作。采用现有的机器人元件，这一新系统将该公司先进的基因芯片技术加入到标准的96孔微孔板模式中。通过把慢速步骤自动化，Affymetrix的目的在于降低大规模研究的成本，同时也提高了效率和精度（并非所有的自动化机械都用于大规模操作）。
同样，Genetix也跟随着“样品越多越好”的趋势。他们近期发布的QArraymax可以使研究者大批量制作自己的玻璃、尼龙或其它材料的芯片。芯片可以容纳多达280块微孔板容量，并在10分钟内产出450块玻片或微孔板。该公司首席科学家 Julian Burke说：“我们已把我们的机器改装为在微孔板底部点样而不是在玻片上点样。”在96孔板上的一个孔内可以置入多达100个蛋白或DNA样点。
其它公司也在通过自动化来扩张现有的市场。Ciphergen是致力于蛋白质生物标记物开发的首批公司之一。Ciphergen公司生物系统分部总裁Martin Verhoef说：“当我们最初引入SELDI系统时，它只含一个芯片和一个阅读器。”顾客得自己配制所需的缓冲液，并制定自己的实验方案。整个过程要快于2D胶，但是也不是传言的那么快。他说：“SELDI就是许多吸管组成的系统。”从此，该公司就专注于自动化，采用由Beckman Coulter 和 Eppendorf公司提供的标准机器人，同时遵循微孔板模式。现在，你只要把离心过的血清放在Eppendorf 系统中，一切就会自动进行。一个星期的时间内可以处理几百个样品。
Verhoef指出，很重要一点是自动化“将许多操作者从系统中排除出来”。这意味着错误更少，结果更好——这正是它的关键卖点。
Agencourt之战
正如Agencourt Bioscience实验室所显示的那样，基因组学的兴起催生了一大批新型机器人，该公司作为试剂和服务的提供者有两大优势：独特固相可逆固定核酸纯化化学以及自动化技术。公司业务副总Brendan McKernan说：“每一步都需要自动化，原本也是以这种方式来设计它的。” Agencourt所面对的挑战在于适应增长的客户基数并且还得不断扩大产品规模。McKernan说：“需要很容易的为客户建立一套流程。”
Agencourt公司称它可以在一年的时间内对一整套人类基因组进行测序。公司三兄弟管理层之一、协作首席科学家Kevin McKernan说：“我们想一天测一个来回。”该公司40多部Applied Biosystems测序仪每天工作20个小时以上。当一台仪器接近于一板的末端时，上面的数字信号灯就会闪亮，通知换下一板。
现在通过SPRI用Beckman Coulter Biomek FX和Packard （现在为 PerkinElmer） PlateTrak系统能自动制备样品。Brendan McKernan说：“每一步的自动化都被集成到LIMS之中。”所有数据输入到Oracle 数据库中。生产、过程管理甚至是相关的试剂供给类别都会被实时电子跟踪。尽可能地使用可用的工具，但是不能对通量产生负面影响。例如，PCR制备就需要一些习惯性工作。Kevin McKernan说：“你得把每种类型的污染可能降至最低。”否则的话，就会从头皮屑和其它杂质中扩增出错误的DNA。关于钢质吸液管会由于反复的灭菌过程而生锈这个问题，Agencourt为客户定购的陶瓷覆盖的玻璃吸管会防止这一问题。
Exelixis公司还强调自动化须从开始就进行，但是其最不寻常的成就在于功能基因组学研究步骤的自动化，这是由新靶标通向新药物之间的最主要的障碍之一。该公司在几种重要的模式物种上进行了大量的突变研究，包括酵母、线虫、老鼠和斑马鱼。
为了创建果蝇全基因组基因敲除体系（参看《Accessing the Exelixis Collection，Exelixis体系评估》Nature Genetics 36， 207; 2004，作者：Artavanis-Tsakonas， S.），Exelixis公司必须制取、保存以及繁殖30，000个株系。有时还得为这些果蝇搬家。为了移动这些果蝇，得花费很大的力气。由于每个月得把3万支试管果蝇移动一次，备受折磨的Exelixis公司设计出了一套类似于高通量研究过程所使用的机器人系统。“这次机器人移动的不是装有化合物的小瓶，而是一次移动96个装有果蝇的小瓶，并把它们放入到新容器中。”
Exelixis公司的全部自动化系统带动了标准化的仪器使用。“你不需要从头做任何一件事，” Plowman解释道，在数据方面，“一切全部基于Oracle和网络。” Robo-mania以最快速度协助Exelixis建立应对新靶的药物研发线。
流程自动化
蛋白质组学是另外一个需要主要技术突破的领域，也需要更多的自动化。Charles River Laboratories Proteomics Services CRLPS （Charles River Laboratories Proteomics Services）公司近期回答了关于收购Advion BioSciences公司一种NanoMate系统的许多设想，这是唯一一种商业化的带有芯片的纳米电喷系统。CRLPS总裁Jersey说：“纳米电喷仪是最灵敏的LC/MS蛋白分析鉴定工具。”但是典型的纳米电喷并不好用，费时达几个小时。Advion的仪器即省时又省样品，为研究者提供了许多更有价值的信息。Jersey 说：“以往需要一、两个小时的任务现在只需5分钟。由于不再受时间限制，这种质谱仪可用来挖掘更多内容。”
另一个里程牌式的重大发现是先导化合物的筛选过程。目前，筛选过程已经变得愈发“超高通量”，一天要筛选10多万种化合物。许多大公司在这一领域投入很大：GlaxoSmithKline公司据悉已经投入2亿美元在全球建立了几处超高通量的筛选基地。
Wyeth公司化学与筛选科学部副总Jeff Paslay说： “现在对于组合化学平行合成自动化过程也有很大的投入，但是另外的关键部分则在于成立文库快速接入系统。”与许多医药公司一样，Wyeth公司计划建立一个更好的化合物库。该公司的目标是在它筛选库中加入70万种化合物，现在已有50万种。一个主要的限制出现在初始筛选以后。Paslay解释道：“如果你筛选50万化合物，并且其中有1％化合物有作用，你得返回库中将这5，000种化合物提出来。”这一任务在Wyeth公司需要几个星期的时间。他们不仅要靠手工取出这些化合物，还得把它们研成末，使用前要使其成为溶解状态。除了要有一个快速取得化合物的机制以外，Paslay的团队需要部分液体类型的样品贮备设施。
这些需求引起了很大的关注。Paslay说：“化合物库是公司的主要资产之一，这样的收集物至少值千万美元。保持这些样品的完好性最为重要。”这些化合物不可以搁置在老式的药品架上：除了考虑易于获取性以外，温、湿度等因素也很重要。解决Wyeth公司问题的方案是一套混合方案，该方案由TTP LabTech 和 TekCel协作开发。TTP提供了它的化合物与搜集器组件。样品贮存于－20℃的小瓶中。搜集器将这些样品放到96孔架上，并将他们送至TekBench来装盘。接着由TekCel公司的PlateServer进行封盘，然后装运上PlateStore移动系统，最终由其送至远端站点。从2003年年底开始使用以来，新系统大获成功。“现在如果你需要什么化合物只需半天的时间，” Paslay说，“真是太伟大、太精采了！”最重要的是，“它真的正在起作用。”这对于Wyeth公司至关重要，从2006年起，该公司计划通过新型的分子设施每年起草两个新药的申请文件。Paslay说：“每家公司都试图增加高通量筛选工作的数量，现要我们有时间这么做了。”
快速结晶
很自然，是需求为自动化带来了发展机遇。Syrrx开发出的快速蛋白质结晶系统可以快速获取重要药物靶标的构象。该公司将注意力集中在那些经过充分验证然而又对其特点不甚了解的靶标上。通过解决规模与速度的问题，Syrrx已经将结晶所需蛋白量降低了40倍。只要50纳升的蛋白质再加上等量的结晶溶液就可以形成一粒晶体。Syrrx公司商务开发总监Ken Goodwill说：“一旦条件都适合，我们可以一天之内得到结晶。”若要在如此微量的基础实现精确性与速度，必须采用自动化手段。该公司已经做了800万次结晶，并期望在今年晚些时候发布其第一期试验——一种靶标为双肽肽酶IV（DP4）的糖尿病药物。由于晶体生长流程做得很成功，Syrrx公司已经开始着手对这一技术进行使用注册。二月份，Fluidigm成为其第一个注册用户。Goodwill说：“据我们了解，该技术是该领域最高通量的系统。”
类似的，NextGen Sciences公司的ExpressionFactory的诞生也是由于该公司自己需要纯化蛋白质。NextGen公司的商务总监Grant Cameron说：“我们需要蛋白来制作生物芯片。”该公司正在研发蛋白芯片诊断技术。 “但是蛋白质有许多种应用，其中也包括结晶学。” NextGen公司在自己使用该技术的同时也致力于该技术的市场化。
该平台从克隆设计到表达优化等全过程进行了自动化。其中最慢的步骤之一便是将基因插入到多个质粒中提取蛋白质。ExpressionFactory采用的Invitrogen 公司的Gateway系统及其它系统。这些仪器可以简化许多蛋白的同时表达过程，然后对所有实验的结果进行检验。Cameron说：“采用同样的人手，现在我们的效率提高了五倍。”该仪器的最大的卖点是它的软件， “这可以让你在通过机器人做实验以前，先通过芯片进行实验的设计和策划。”
芯片评说
但是将复杂的实验室流程进行自动化不是一件简单的事，当自动化涉及到质量控制、灵活性以及方便性时，医药厂商不愿意进行妥协。这也是为什么这些机器人更新换代如此耗时的原因。例如，几年前芯片实验室技术的出现备受欢迎，被认为是改变研发的最新突破。今天，只有少数这种产品问世。Agilent Technologies公司的市场经理Tony Owen说：“成功设计微流体芯片可不象我们设想的那么容易，展示其可行性很容易，但是拿出可靠耐用的产品就是另外一回事了。” 他解释道，微流技术易于受到多种因素的影响，包括污染与表面效应。
Caliper Technologies公司与Agilent Technologies公司的BioAnalyzer是少数几种芯片实验室之类产品中的一个，它现在很成功，是一种应用于许多任务的筛选装置，例如微阵列研究以及PCR的样品制备。很快，Agilent公司将要发布一种高通量生物自动分析仪（BioAnalyzer），被称为自动化芯片实验室的产品。Owen说：“BioAnalyzer之所以流行是因为它快速、精确，同时还可以保护样品。”原来的仪器一次可以处理12个样式品；自动化芯片实验室一次则可以处理1,000个样品，完全不用人操心。
当然，自动化有时也能产生出另一个瓶颈——数据管理的下游。Broad 研究所的基因研究者最早接触自动化基因组方法，在这一问题上，他们的数据多达几TB（注：1TB相当于1，024GB）。
Stacey Gabriel是该研究所人类单倍体制图工作组主任，该工作组计划采用4台Sequenom MassArrays和近期购置的一台Illumina BeadLab系统一年获得1,500万基因型。 该研究所在疾病研究领域也将获得同样数量的基因型。“四年前，我脑海中最大的愿望之一就是将等位基因集成自动化，当时我们选择了第一套系统，” Gabriel说。传统上解释这些设备产生数据需无数的工时。“就我们所产生的数据而言，解释这些数据是不可能的。MassArray很友好地加入这一功能。”除了自动处理样品和等位基因调集以外，较新的BeadLab 系统的功能还集成LIMS和条码识别器，这两种功能对于数据处理帮助很大。
仪器制造商也开始意识到控制仪器的软件的重要性。Tecan Group公司市场通讯内容专家Josef Syfrig认为，传统来讲，仪器制造商“没有对软件的易用性投入足够的关注”。该公司是一家重要的液体处理仪器厂商，近期发布了新型仪器控制软件Freedom EVOware。该公司称，借助这种新型软件任何人都可以更容易使用仪器，不论普通用户还是专家。它还可以很方便地与其它厂商的工具进行整合，在这一领域该性能的重要性日益受人关注。
在自动化的带动下，许多发展缓慢领域进展加快，但是技术瓶颈依然存在。Wyeth公司的Paslay以筛选实验为例加以说明。他说：“你仍然需要一次测定才能得出正确答案，你不能将其自动化。”当然，机器人也会偶尔坏掉。Gabriel说：“那正是症结所在。”良好的服务和软件可以解决这一问题，可以让研究者快速延续他们的工作，但是一些生产商在这一方面做的不够好。
最后应该指出，机器人实际上不能发现药物，它们不过是与使用它们的科学家做的一样出色。但是只要它们能给研究者更多的时间用以思考和计划，这些自动化就会成为受人欢迎的辅助手段。■
评论表单加载中...