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威胁人类健康的几类重大疾病(癌症、艾滋病、糖尿病及高血压)都被发现与相关酶的失调密切联系,因此酶是新药研制的重要靶标之一。现在,可以通过组合化学合成和天然产物提取的方式得到数量巨大的化合物,但如何从中筛选出有活性的药物先导化合物仍然是新药开发的瓶颈。因此,发展和建立快速、可靠、低成本及高通量的药物筛选技术对于研发创新药物具有重要的现实意义。
本论文的目的是通过对毛细管电泳一酶微反应器的制备及其用于酶抑制剂筛选的研究,将毛细管电泳-酶微反应器发展成为简便可靠的高通量筛选平台用于创新药物的研究开发。全文包括以下几个方面:
第一章对目前用于酶抑制剂筛选的新技术进行了评述,详细介绍了近年来分析化学特别是液相色谱、毛细管电泳等技术用于酶抑制剂筛选的最新进展。
第二章运用电泳介导的微分析技术(EMMA),建立了一种新的乙酰胆碱酯酶抑制剂的快速筛选方法。该方法简便可靠,只需将底物溶液(含或不含待筛选化合物)和酶溶液依次导入毛细管,加上一小电压使其混合,接着进行电泳分离,通过紫外直接测定酶催化水解产物峰面积的变化实现酶抑制剂的筛选,有效地消除了传统方法中因Ellman试剂带来的假阳性结果,是对Ellman方法的一大改进。通过对各实验参数的考察和优化,用已知的酶抑制剂对所建立的筛选方法进行验证,并将其用于中药粗提物中乙酰胆碱酯酶抑制剂的快速筛选。
第三章主要围绕具有多孔载体的毛细管固定化酶微反应器的制备展开。通过在毛细管柱头运用溶胶-凝胶法制备得到一多孔塞,接着采用两种化学键合法的固定化方式即戊二醛共价结合和环氧开环反应将酶固载到多孔载体的表面,从而实现具有多孔载体的毛细管固定化酶微反应器的制备。但实验结果表明所制备的酶微反应器的酶活和重复性都较差,制备条件较为苛刻且很难实用化,因而限制了其应用。
第四章中我们发展了一种新的基于离子键合原理的毛细管固定化酶微反应器的制备技术。利用正电性的聚电解质溶液通过静电作用对毛细管内壁进行正电涂层修饰,接着将酶溶液导入毛细管一端,使其与正电涂层发生离子键合,从而实现酶在毛细管内的固定化。该制备技术过程简单,可由仪器自动完成。我们选用血管紧张素转化酶为模型,对所制备的固定化酶微反应器的酶活性能进行评价。实验表明,我们所发展的毛细管固定化酶微反应器的酶活性高且稳定性好。此外,由于离子键合的可逆性,酶微反应器很容易实现再生。同时该酶微反应器在天内、天与天及批与批之间具有良好的重现性。将本文所发展的固定化酶微反应器用于中药粗提物和合成化合物库中酶抑制剂的筛选,证实了本文所制备的酶微反应器的可靠性。
第五章的工作是进一步验证我们所建立的毛细管固定化酶微反应器用于酶抑制剂筛选的重现性和普适性。实验以乙酰胆碱酯酶为模型,通过层层自组装方式在毛细管柱端构建“聚电解质-酶-聚电解质”的三明治夹心结构,制备得到离子键合的固定化酶微反应器。由于酶反应的底物和产物都是正电性化合物,因此我们用聚电解质水溶液对毛细管内壁进行部分涂层修饰,使毛细管内的电渗流方向与分析物的迁移方向保持一致,从而使分析速度得到提高。而因电渗流不均一引起的层流现象可通过提高分离缓冲液的浓度得到改善。对若干中药粗提物样品筛选的实验结果表明,本方法可用于酶抑制剂的快速筛选。