国家化合物样品库质量管理体系结构及成效分析

张慧，汪佳，伍晓燕，谭久青

（国家新药筛选中心，上海 201203）

为了提高自主药物创新能力，在国内建设大规模化合物样品库是新药创制的重要物质基础，也是高通量筛选的必备条件和发现先导化合物的重要途径[1]。国家化合物样品库是中国科学院上海药物研究所、国家新药筛选中心和上海张江生物医药基地开发有限公司共同承建的一个坐落于张江“药谷”的药物发现资源平台，是目前亚洲最大、名列全球公共化合物库之首的化合物资源平台。本样品库建立的质量管理体系包括样品的准入标准、存储标准、质量控制标准和数据信息管理标准。样品库的长期发展依赖于完善的质量管理体系，因此建立符合企业标准的质量管理体系具有重要的实际意义[2-3]。

1 基础设备条件

国家化合物样品库目前拥有Kardex Industrivever自动仓储系统、TTP Labtech comPOUND自动化样本存储系统、-20 ℃冷库和4 ℃冷库、6224型液质联用飞行时间质谱仪和1260型液相色谱仪等设施设备。

2 化合物样品的准入标准

2.1 样品来源

国家化合物样品库不断积累发掘我国的化合物资源，增加样品的存储量以便满足高通量和高内涵药物筛选的需求。现有样品的来源主要有4种。（1）全国收集。在确保送样人知识产权利益的前提下，通过提供各种形式的筛选服务，征集我国化学和药学研究人员以往积累和新近合成的大量结构新颖的化合物样品，以增加化合物库的结构多样性，特别鼓励一些在化合物合成方法上有特色、已拥有活性化合物的单位提供聚焦化合物库。（2）有偿购买。针对特定的筛选靶点和显示特定活性的化合物骨架，从商业渠道购买多样化程度高、质量上乘、现有库中存量少和类药性强的结构类型，如天然产物及其衍生物以及不同的结构亚库等。通过购买或有偿征集一定数量具有类似结构的样品，可以快速增加化合物样品库的存量。（3）互惠协作。针对一些靶点新颖、结构类型特别的活性化合物开展合理化药物设计，通过与外单位化学家合作或向服务外包公司订制等方式，定向设计合成一部分特有的靶向或探针性化合物亚库。（4）国际合作。以接受捐赠的形式获得国外医药公司的化合物样品，或与国外从事药物筛选研究的机构进行合作，交换化合物样品。

2.2 供样要求

为了建立具有结构多样性、全面性和类药性并且符合国际新药创制发展趋势的化合物样品库，本样品库依照“重质不重量”的原则，制定了化合物样品的准入标准。（1）要求化合物需要结构明确，有一定的稳定性。（2）遵守类药性Lipinski五原则[4]：分子量小于500；氢键给体数目小于5；氢键受体数目小于10；脂水分配系数小于5；可旋转键的数量不超过10个。（3）对空气中的水分和氧气不敏感。（4）与现有库存化合物的结构不重复，且纯度在90%以上，并提供相应的LC/MS（也可为MS和HPLC）和核磁共振谱图。

3 化合物样品的存储标准

3.1 环境设施

大规模化合物库不但种类繁多，而且样品数量巨大。因此样品的存放需要严格保证其稳定性，以免影响高通量和高内涵筛选的最终实验结果。国家化合物样品库建设了专用的样品存储设施，配备了3间环境温度常年控制在25 ℃左右、相对湿度控制在20%～30%RH的独立单间仓库和一个-20 ℃冷库、一个4 ℃冷库和6台TTP Labtech公司推出的comPOUND设备，专门存放化合物样品。样品存储区域按功能进行分区，有独立的样品接收登记区域、称量处理区域、样品存储区域和信息处理区域。样品存储区域只允许本样品库样品管理人员持门禁卡进入。另配有UPS后备供电系统、空调排风系统和仪器故障报警系统等对样品存储区域进行24 h持续监测，以确保化合物样品存放环境的稳定性。

3.2 样品的存储形式

入库的样品储存形式可分为五种。（1）原始固体样品在恒温控湿环境下以样品瓶的形式保存在Kardex自动仓储设备系统中。（2）每个样品称量1 mg固体放入深孔板中，暂时不用时先不加入DMSO溶解，在恒温控湿环境下保存在干板仓库中。（3）每个样品称量1 mg固体放入深孔板中，制备成浓度为5 mg/mL的母液保存在-20 ℃的冷库中。（4）浓度为1 mg/mL的高通量筛选子板以96孔板的形式保存在4 ℃冷库中。少量经常筛选的1 mg/mL子板为避免反复冻融，室温存放。（5）浓度为1 mg/mL的供复筛挑选（“Cherry picking”）的样品在-20 ℃条件下保存在comPOUND全自动存储系统中，该全自动化存储系统创新性地将常规的“板式存取”转变为先进的“管式存取”，能够实现快速单样挑取和样品使用自动化，极大地提高了化合物的存取效率。样品的存储形式整理如表1所示。

表1 化合物样品的存储形式

4 化合物样品的质控标准

化合物样品因其来源、结构、理化性质及存储方式的不同，其稳定性亦会受到影响。一般而言，在恒温控湿条件下，固体粉末状态最为稳定。在进行药物筛选前，会根据实验要求将化合物稀释成液体状态。长期存放或反复冻融后，化合物的性状与结构会发生肉眼无法看到的变化，进而改变其生物活性。目前，我国还没有对海量化合物样品进行质控质保的技术标准。

4.1 抽检流程

如图1所示，本单位依据2015年版《中国药典》[5]制定了国家化合物样品库质控的《化合物样品抽检标准化操作程序》，旨在确保库存样品的稳定性和筛选结果的可靠性。库内所有不同批次的样品均遵照此标准化操作程序进行抽样检验。

图1 化合物样品抽检标准化操作程序

4.2 样品检测

样品库指定两名专业的抽样检测工作人员每月定期以1/1 000的比例随机抽取化合物库内样品并进行样品批次和序号登记。对化合物样品最初收入的固体粉末到制备后的液体母板、子板直至筛选前分配，均进行随机抽样检测。采集样品的同时，对样品的外观、性状等均做好描述记录以便与数据库信息比对。固体和液体样品均用DMSO溶液配置成1 mg/mL溶液，设置流动相梯度洗脱对待测样品的分子量和纯度进行LC-MS检测。

4.3 结果报告

LC-MS检测出的目标成分的纯度应大于90%，分子量与数据库比对应相符并且在175～800规定范围内。严格按实验所得结果填写《化合物抽样检验记录表》和《样品抽样实验报告》，获得的检测结果进行记录与报告，并与数据库内数据比对。对符合数据库信息的化合物检测报告进行归档留存。不符合数据库信息的化合物样品进行3次重复实验，确认不符合规定的报合成部门重新合成。

5 化合物样品的数据信息管理标准

国家化合物样品库作为核心库，与6个卫星库和6个区域性资源中心形成全国性的化合物资源共享网络，做到化合物样品统一标准、分地存储和独立管理。

5.1 信息系统

国家化合物样品库的核心库和卫星库都统一使用英国IDBS公司的ActivityBase软件作为数据集成与管理系统。该数据管理系统运用现代数码技术和程序控制方法，对库存样品进行分析和分类，能实现化学信息与生物数据的无缝对接。如图2所示，对化合物样品的获取来源、化学结构、理化性状、检测结果、储存条件、保有储量和筛选数据等信息进行有机整合，使之成为为新药研究服务的重要信息资源。

图2 国家化合物样品库数据信息管理系统

5.2 资源网络

国家新药筛选中心和国家化合物样品库还组建了全国药物发现资源服务网络（app.cncl.org.cn），能与数据管理系统相结合，线上即能进行“化合物结构查询”“化合物结构查重”“筛选模型查询”“筛选服务申请”及“样品外供申请”四个功能。（1）提供不同形式的化合物查询，包括结构查重、子结构查询、相似性查询、编号查询，能够在线完成化合物样品入库申请与接收，扩充更新样品库数据；（2）为核心库与卫星库提供发布各类药物筛选模型的功能并供用户查询浏览，目前上线的模型有800余个，包括分子水平、细胞水平、组织/器官水平和整体水平，疾病类型涵盖肿瘤、感染、代谢、免疫调节、神经系统、心血管系统等；（3）协助用户在线提交筛选服务项目申请，实现“用户申请—管理员初审—专家评审—初筛—复筛—结束”的全流程管理，并辅助生成各类文档；（4）用户可在资源网络平台申请样品外供服务，由三名外聘专家根据样品针对靶点的成药性、筛选模型的成熟度和实验用量的可供性进行评估。

6 管理成效

截至2021年底，国家化合物样品库和卫星库的化合物样品总储量已达到235.8万种。先后为全国212家研究单位提供技术咨询服务，完成高通量筛选670.3万药次，具有结构多样化、存储专业化、质控标准化和信息系统化等特点。化合物库的研究人员建立了符合《服务标准编写通则》（GB/T 28222—2011）的四项企业服务标准：《化合物样本征集规范》《化合物样本信息管理规范》《化合物样本存储规范》《化合物样本质量控制规范》。同时，“全国药物发现资源服务网络”开放化合物结构达139万余种，公共注册用户1 424个，共登陆51 209次。整合了我国化合物样品的优势资源和新药筛选的先进技术，成为广大用户获取资源支持、接受技术服务、搜索专业信息、跟踪样品轨迹、反馈筛选结果、更新实验数据和推进知识积累的重要途径。

国家化合物样品库作为大型基础科研设施，拥有世界领先的自动化样品存储系统、全自动化合物样品筛选工作平台，化合物质控、检测设备以及先进的化合物数据信息管理和模拟系统。样品库采取核心库结合卫星库（即集中管理结合分散存放）的模式，提高了国家化合物样品库的公共利用效率，充分聚集和发挥分散个体的资源优势和技术特长，采用统一的准入标准、存储标准、质控标准和数据信息管理标准，建立了一整套我国自主开发的大规模化合物样品库发展、管理、维护和使用规范。

全国药物发现资源服务网络的搭建能够为海内外从事药物发现的科研人员提供专业化、跨地域和实时性的实物样品、实验数据和筛选信息服务。在为客户提供样品的同时实施“点对点”的供样后随访跟踪，邀请其完成供样和筛选服务后在线填写意见反馈表来评价样品库的质量管理体系。同时资源服务网络还能在线对送样者和求样者提供技术指导和专业咨询，协助其完成科研项目。

培养经验丰富的人才队伍，提升专业人员的技术能力，强化其服务理念也是建立完善的质量管理体系的重要因素。样品的准入、存储、质量控制和信息管理均由指定专人进行操作与记录，严格按照标准化操作程序和规章制度进行。

标准化质量体系的管理将为我国的药物研发机构提供高质量的专业服务，促进我国医药产业的创新性和可持续性发展[6]。建立完善的样品库标准化质量管理体系有助于样品库的运作和长期发展，为用户提供高质量的服务内容。能够把我国各区域、跨行业和多领域的化合物样品资源以统一的方式进行充分组织和管理，保障其能够得到有效利用。