Mosaic樣品管理軟件在樣品管理與生物制藥研發(fā)中的應(yīng)用及案例分享

Marcus Oxer，應(yīng)用顧問(wèn)，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(fā)及最終測(cè)試的重要步驟。本文中的生物樣品可包括抗體、酶等蛋白質(zhì)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(lǐng)域，因?yàn)樾录夹g(shù)可更快地篩出候選分子。但新技術(shù)也帶來(lái)了新的要求和挑戰(zhàn)，需要在更短的時(shí)間內(nèi)、在更高的通量中（例如384孔甚至1536孔微孔板）進(jìn)行篩選和管理樣本。這使用戶不得不越來(lái)越注重樣品管理的質(zhì)量以及篩選自動(dòng)化的使用。

 

為何高效準(zhǔn)確的樣品管理對(duì)大分子生物樣品意義重大？

 

生產(chǎn)樣品通常是技術(shù)精湛且錯(cuò)綜復(fù)雜的工程活動(dòng)的結(jié)果。初篩獲得的活性樣品標(biāo)志著的大量更進(jìn)一步特性測(cè)定工作的開(kāi)始，這是一個(gè)高度熟練的過(guò)程。因此記錄樣本譜系非常重要，因?yàn)闃颖緩囊粔K板轉(zhuǎn)移到另一塊板，而分析結(jié)果可能與管子或板孔中的個(gè)體樣本有明確相關(guān)性。

 

隨著處理量的增加，這個(gè)問(wèn)題將更加棘手，需要有一個(gè)可準(zhǔn)確跟蹤樣本庫(kù)存并能與相關(guān)自動(dòng)化設(shè)備互動(dòng)的樣本管理系統(tǒng)。

 

生物樣品管理面臨的挑戰(zhàn)

 

 

小分子化合物領(lǐng)域有一套完善的化學(xué)品登記注冊(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通常與Mosaic等庫(kù)存系統(tǒng)進(jìn)行整合。生物樣品登記并非始終妥善進(jìn)行，原因如下：

· 歷來(lái)，生產(chǎn)和生物樣品/制品篩選的處理量較低，這意味著對(duì)專用登記系統(tǒng)的需求較低。

· 不同生物產(chǎn)品的生產(chǎn)或管理缺乏集中化，難以實(shí)行單一登記制度。

· 生物產(chǎn)品的豐富多樣性使其注冊(cè)工作本身成為一大復(fù)雜挑戰(zhàn)。

· 生物樣品注冊(cè)服務(wù)的供應(yīng)商較少。

 

即使有生物樣品注冊(cè)系統(tǒng)，但在登記新條目類別時(shí)仍會(huì)遇到與現(xiàn)有類目“不對(duì)應(yīng)”的情況，因?yàn)樯�物樣品的多樣性太大了。最普遍的�?yīng)對(duì)措施（至少最開(kāi)始是如此）是采用電子表格（Excel）進(jìn)行管理。而這對(duì)于需要跟蹤未登記樣品的管理小組而言，是一大挑戰(zhàn)。Mosaic系統(tǒng)有一套可靈活配置的內(nèi)置注冊(cè)登記系統(tǒng)，可記錄幾乎任何可想到的樣品類型，可以向該系統(tǒng)指定任何數(shù)量的自定義字段。此手段可與化學(xué)品登記系統(tǒng)和生物樣品登記系統(tǒng)進(jìn)行配合使用，更可與上述兩系統(tǒng)進(jìn)行整合。這樣便提供了一種有價(jià)值的手段，能夠在篩選過(guò)程中快速注冊(cè)新類型（new type）的生物條目，作為臨時(shí)登記庫(kù)，直到相關(guān)樣品能在相關(guān)外部系統(tǒng)中完成登記。

 

 

通常，在濃度未知的初篩過(guò)程中，生物樣品篩選主要針對(duì)活性（例如：親和力）的檢測(cè)。濃度在隨后幾輪的篩選中才被測(cè)定，但對(duì)早期篩選而言，系統(tǒng)也必須能應(yīng)對(duì)濃度“未知”的物質(zhì)。

 

 

發(fā)現(xiàn)一種候選生藥物，可能需要進(jìn)行好幾輪篩選。例如，針對(duì)抗體活性進(jìn)行培養(yǎng)物上清液的初篩，然后選取活性樣品置入新微孔板中進(jìn)行重復(fù)篩選。之后可能進(jìn)一步選取樣本并進(jìn)行更多分析，以對(duì)活性樣品進(jìn)行定量和進(jìn)一步的特性測(cè)定。有時(shí)可能有必要培養(yǎng)一個(gè)含有不同稀釋度生物樣品的微孔板。Mosaic系統(tǒng)可通過(guò)與自動(dòng)化液體工作站的整合，控制液體工作站自動(dòng)地完成該液體處理操作，管理復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)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(duì)照組、標(biāo)準(zhǔn)組和空白組的位置），因此要求須能簡(jiǎn)便配置新布局。同樣地，工作流程也可能變化，例如：輸出用實(shí)驗(yàn)器具的類型、所需份數(shù)等。使用Mosaic系統(tǒng)，可輕松設(shè)置分析要求，并配置所需的新工作流程。

 

 

 

 

通常情況下，被檢測(cè)的生物產(chǎn)品在室溫下不穩(wěn)定，或可能在凍融循環(huán)出現(xiàn)劣化、降解。這就要求在運(yùn)輸期間對(duì)儲(chǔ)存條件進(jìn)行精確跟蹤和記錄。Mosaic在樣品通過(guò)工程流時(shí)對(duì)其凍融循環(huán)進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)。生物產(chǎn)品面臨的另一風(fēng)險(xiǎn)是微生物污染，尤其是對(duì)培養(yǎng)物上清液而言，因?yàn)榕囵B(yǎng)物上清液按其定義即是處于營(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基中。這可能需要將液體處理器設(shè)置在無(wú)菌環(huán)境中，例如設(shè)置在層流凈化罩中，且其位置可能不同于其它自動(dòng)化程序。而這些對(duì)Mosaic系統(tǒng)而言都不是問(wèn)題，因?yàn)樗�的設(shè)計(jì)使其可與多個(gè)位置使用的自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行整合。

 

 

在檢測(cè)實(shí)驗(yàn)完成后，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)很可能會(huì)需要實(shí)驗(yàn)板的布局信息，而利用Mosaic系統(tǒng)中的微孔板布局信息則能大大加快計(jì)算過(guò)程。依據(jù)不同的樣品類型，Mosaic系統(tǒng)可將微孔板布局信息（物質(zhì)、濃度、體積、孔位置）導(dǎo)出至專業(yè)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(dǎo)出不同標(biāo)識(shí)、濃度單位等。

 

 

 

一個(gè)客戶案例分享

 

在最近一個(gè)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(zhǔn)備用于抗體篩選的assay-ready實(shí)驗(yàn)板。他們發(fā)現(xiàn)，除了準(zhǔn)備傳統(tǒng)小分子化合物實(shí)驗(yàn)板外，他們還需要準(zhǔn)備大分子化合物實(shí)驗(yàn)板。在液體處理方面，該小組能夠完成生物樣品實(shí)驗(yàn)板實(shí)驗(yàn)所需的布局要求和濃度，但僅依靠人工加樣方式和復(fù)雜的Excel表格來(lái)進(jìn)行，還需專人對(duì)液體工作站進(jìn)行編程控制。由于該小組已是Mosaic系統(tǒng)用戶（用于小分子化合物管理），因此他們?cè)俅握业轿覀儯瑴?zhǔn)備將Mosaic系統(tǒng)擴(kuò)展到協(xié)助制作、管理生物樣品（抗體、siRNA）篩選的實(shí)驗(yàn)板。

 

 

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

 

第一步是要解決在Mosaic系統(tǒng)的登記系統(tǒng)中導(dǎo)入抗體板信息的問(wèn)題。這一步的完成主要靠配置Mosaic的實(shí)驗(yàn)器具導(dǎo)入模塊（Labware Importer），以識(shí)別含有相關(guān)抗體信息的Excel表。之后，簡(jiǎn)單導(dǎo)入所提供的Excel表，即可在Mosaic中同時(shí)登記注冊(cè)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(tǒng)中，而Mosaic和外部注冊(cè)系統(tǒng)可無(wú)縫整合。

 

 

該小組為此項(xiàng)任務(wù)建立了新的工作流，用以管理抗體的任意選�。╟herry pick）和連續(xù)稀釋。這些流程是按照Mosaic系統(tǒng)內(nèi)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)工作流步驟所建立，能幫助用戶定義所需的各個(gè)加樣步驟及目標(biāo)板布局。例如（下圖），有的板內(nèi)布局是以4個(gè)孔為單位，按Z型濃度順序進(jìn)行的梯度稀釋（圖3）。

 

 

 

 

生物產(chǎn)品幾乎總在水性介質(zhì)中。小分子化合物樣本管理組的液體工作站通常都是針對(duì)基于DMSO溶液進(jìn)行的校準(zhǔn)。這對(duì)液體處理器的精度產(chǎn)生重大差異。因此，通過(guò)與儀器整合，Mosaic系統(tǒng)可使工作站自動(dòng)設(shè)置轉(zhuǎn)移物質(zhì)類型的正確液體類別（屬于小分子還是生物樣品）而無(wú)需人工操作干預(yù)。這就意味著該小組可管理各種類型的板而無(wú)需對(duì)儀器進(jìn)行任何手動(dòng)調(diào)整。此外，在進(jìn)行稀釋時(shí)，Mosaic系統(tǒng)可提示操作員加載適合于所轉(zhuǎn)移物質(zhì)的稀釋劑。

 

 

 

Mosaic系統(tǒng)隨后可指示液體工作站沿用該小組已設(shè)置好的工作流工具與流程來(lái)進(jìn)行液體處理、創(chuàng)建新的實(shí)驗(yàn)板。實(shí)驗(yàn)板的布局信息可自動(dòng)導(dǎo)出至ActivityBase分析程序，以與篩選結(jié)果相關(guān)聯(lián)。

 

 

通過(guò)Mosaic系統(tǒng)的拓展，該項(xiàng)目表現(xiàn)出了以下優(yōu)勢(shì)：

· 抗體微孔板的制作不再需要電子表格的復(fù)雜操作。利用Mosaic系統(tǒng)來(lái)指示并驅(qū)動(dòng)液體工作站，樣本管理小組的任一成員都可更輕松簡(jiǎn)單地執(zhí)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(cè)抗體（或siRNA）。減少了維護(hù)Excel表格的需求，同時(shí)意味著Mosaic系統(tǒng)可全程跟蹤生物樣品的后續(xù)處理。

· 樣本管理小組現(xiàn)在可管理更多樣品處理量，且能確保樣本跟蹤的準(zhǔn)確性。

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