Химическая библиотека или библиотека соединений — это коллекция хранящихся химических веществ , обычно используемых в конечном итоге при высокопроизводительном скрининге или промышленном производстве . Химическая библиотека может состоять, проще говоря, из серии хранящихся химических веществ. Каждое химическое вещество имеет связанную информацию, хранящуюся в какой-то базе данных, с такой информацией, как химическая структура , чистота, количество и физико-химические характеристики соединения.
При высокопроизводительном скрининге обнаружения лекарств желательно проверять целевой препарат на предмет выбора химических веществ, которые пытаются использовать как можно большую часть соответствующего химического пространства . Химическое пространство всех возможных химических структур чрезвычайно велико. Большинство хранящихся химических библиотек обычно не имеют полностью представленного или отобранного химического пространства, в основном из-за проблем с хранением и стоимостью. Однако, поскольку многие молекулярные взаимодействия невозможно предсказать, чем шире химическое пространство, отбираемое химической библиотекой, тем выше вероятность того, что высокопроизводительный скрининг обнаружит «хит» — химическое вещество с соответствующим взаимодействием в биологической модели, которая может быть превращено в лекарство.
Примером химической библиотеки при открытии лекарств может быть ряд химических веществ, которые, как известно, ингибируют киназы, или в промышленных процессах ряд катализаторов, которые, как известно, полимеризуют смолы.
Химические библиотеки обычно создаются для конкретной цели, а более крупные химические библиотеки могут состоять из нескольких групп меньших библиотек, хранящихся в одном месте. Например, в процессе разработки лекарств необходим широкий спектр органических химикатов для тестирования на моделях заболеваний при высокопроизводительном скрининге . Таким образом, большая часть химического синтеза, необходимого для создания химических библиотек при открытии лекарств , основана на органической химии . Компания, которая заинтересована в скрининге ингибиторов киназ при раке , может ограничить свои химические библиотеки и синтез только теми типами химических веществ, которые, как известно, имеют сродство к сайтам связывания АТФ или аллостерическим сайтам.
Однако, как правило, большинство химических библиотек сосредоточены на больших группах различных органических химических серий, где химик-органик может создавать множество вариаций одного и того же молекулярного каркаса или молекулярной основы. Иногда химикаты можно также приобрести у сторонних поставщиков и включить во внутреннюю химическую библиотеку.
В зависимости от их объема и конструкции химические библиотеки также можно классифицировать как разнонаправленные, лекарственные , свинцовоподобные, пептидомиметические, подобные натуральным продуктам, [1] нацеленные на определенное семейство биологических мишеней, таких как киназы, GPCR, Протеазы, ИПП и т. д. Эти химические библиотеки часто используются при открытии лекарств на основе мишени (обратная фармакология) . Среди библиотек соединений следует отметить библиотеки фрагментов соединений, которые в основном используются для открытия свинцов на основе фрагментов .
Химические библиотеки обычно разрабатываются химиками и учеными -хемоинформатиками и синтезируются с помощью органической и медицинской химии . Метод создания химической библиотеки обычно зависит от проекта, и при использовании рациональных методов выбора соединений для скрининга необходимо учитывать множество факторов. [2] Обычно ряд химических веществ проверяют на предмет конкретного лекарственного препарата или модели заболевания, а предварительные «попадания» или химические вещества, которые показывают желаемую активность, проверяются повторно для проверки их активности. Как только они квалифицируются как «удачные» по повторяемости и активности, эти конкретные химические вещества регистрируются и анализируются. Хемопротеомика — это область исследований, которая включает использование химических библиотек для идентификации белковых мишеней. Изучаются общие черты между различными химическими группами, поскольку они часто отражают определенное химическое подпространство. Для дальнейшей оптимизации химической библиотеки в активной части подпространства могут потребоваться дополнительные химические работы. Когда это необходимо, завершается дополнительный синтез, чтобы расширить химическую библиотеку в этом конкретном подпространстве за счет создания большего количества соединений, которые очень похожи на исходные хиты. Этот новый набор соединений в этом узком диапазоне подвергается дальнейшему скринингу, а затем применяется к более сложным моделям для дальнейшей проверки в рамках процесса «Открытие лекарства: Hit to Lead» .
«Химическое пространство» всех возможных органических химических веществ велико и экспоненциально увеличивается с размером молекулы. Большинство химических библиотек обычно не имеют полностью представленного химического пространства, в основном из-за проблем с хранением и стоимостью.
Из-за затрат и усилий, связанных с химическим синтезом, химические вещества необходимо правильно хранить и откладывать для последующего использования, чтобы предотвратить раннюю деградацию. Каждое химическое вещество имеет определенный срок годности и требования к хранению, и в большой химической библиотеке существует график, по которому библиотечные химические вещества утилизируются и заменяются на регулярной основе. Некоторые химические вещества довольно нестабильны, радиоактивны, летучи или легковоспламеняемы, и их необходимо хранить в строгих условиях в соответствии со стандартами безопасности, такими как OSHA .
Большинство химических библиотек управляются с помощью информационных технологий, таких как штрих-кодирование и реляционные базы данных . Кроме того, робототехника необходима для извлечения соединений из более крупных химических библиотек.
Поскольку отдельные записи химической библиотеки могут легко достигать миллионов соединений, управление химическими библиотеками даже скромного размера может занять полный рабочий день. Управление соединениями — одна из таких областей, в которой предпринимаются попытки управлять и поддерживать эти химические библиотеки, а также максимизировать безопасность и эффективность их управления.