Automated qNMR data processing and analysis in the behind-the-scenes of fragment-based drug discovery

Význam tématu

Vývoj nových léčiv je dlouhodobý a náročný proces vyžadující rozsáhlé lidské, technologické i ekonomické zdroje. Jedním z klíčových kroků je zajištění vhodné vodní rozpustnosti fragmentů, která zásadně ovlivňuje biologickou dostupnost a účinnost budoucích léčiv. Primární screening rozpustnosti pomocí kvantitativní NMR (qNMR) usnadňuje vyloučení fragmentů s nízkou rozpustností a optimalizuje výběr kandidátů zejména v raných fázích fragment-based drug discovery (FBDD).

Cíle a přehled studie

Cílem týmu struktury chemie v Cancer Research UK Cancer Therapeutics Unit na The Institute of Cancer Research, London, bylo zautomatizovat primární screening solubility fragmentů ve vodě a vytvořit efektivní workflow pro selekci fragmentů s rozpustností nad 500 µM. Program FBDD zahrnoval kuraci knihovny 2860 sloučenin a identifikaci vodou špatně rozpustných fragmentů, které byly ze souboru vyloučeny.

Použitá instrumentace

• Dva NMR spektrometry s magnetickým polem 500 MHz
• Softwarové řešení Mnova Gears (Mgears) pro automatizaci post-processingových úloh
• Centrální výpočetní stanice propojená s interní databází ICR

Použitá metodika

Primární screening probíhal metodou qNMR, kde byly stanoveny koncentrace fragmentů ve vodném roztoku. Klíčové kroky zahrnovaly:

• Nastavení a import standardních pracovních postupů (SOP) definovaných experty NMR spektroskopie
• Skriptované dávkové zpracování dat z obou spektrometrů na centrálním počítači
• Automatické výpočty koncentrací pomocí předem definovaných rovnic
• Generování přehledných HTML reportů s odkazem pro detailní kontrolu jednotlivých vzorků

Hlavní výsledky a diskuse

Implementace Mnova Gears zásadně zrychlila a zefektivnila analýzu:

• 80 % vyhodnocení základních spekter bylo automatizováno
• Čas potřebný na zpracování jednoho spektra se snížil téměř šestinásobně
• Konzistence a kvalita výstupních dat se zlepšila, což redukovalo manuální tvorbu reportů
• Rychlá identifikace fragmentů s rozpustností pod 500 µM a jejich vyloučení z dalšího testování

Automatizovaný proces rovněž poskytuje jednotné HTML reporty, které lze snadno exportovat a sdílet s ostatními týmy.

Přínosy a praktické využití metody

Nový automatizovaný workflow přinesl celou řadu výhod:

• Uvolnění času NMR specialistů pro náročnější úlohy
• Zpřístupnění qNMR měření i méně zkušeným uživatelům díky přednastaveným SOP
• Zvýšení produktivity laboratoře a robustnosti procesů
• Širší adopce metody napříč 13 projekty fungujícími v institutu

Budoucí trendy a možnosti využití

V následujících letech lze očekávat:

• Integraci automatizovaných NMR workflow do laboratořních informačních systémů (LIMS)
• Využití strojového učení pro pokročilou analýzu spekter a predikci rozpustnosti
• Rozšíření podobných automatizovaných metod na další analytické techniky (MS, UV/Vis)
• Spolupráci mezi multidisciplinárními týmy pro zrychlení objevování kandidátů

Závěr

Případová studie ICR ukazuje, že automatizace qNMR analýzy pomocí Mnova Gears výrazně zvyšuje efektivitu primárního screeningu rozpustnosti fragmentů. Výsledkem je rychlejší selekce vhodných kandidátů, lepší správa dat a uvolnění kapacit odborníků pro kreativní výzkum.

Reference

• Pollock K., Liu M., Zaleska M. et al. Fragment-based screening identifies molecules targeting the substrate-binding ankyrin repeat domains of tankyrase. Sci Rep 9, 19130 (2019).
• Bellenie B.R., Cheung K-M. J., Varela A. et al. Achieving In Vivo Target Depletion through the Discovery and Optimization of Benzimidazolone BCL6 Degraders. Journal of Medicinal Chemistry 63(8), 4047–4068 (2020).