自动化系统

驱动下一代偶联药物研发新范式

一句话看懂XDC

XDC并不是某一种固定药物，而是一类“靶向载体+连接子+功能载荷”的模块化偶联平台。随着载荷从细胞毒小分子扩展到免疫激动剂、降解剂、寡核苷酸和放射性核素，研发设计空间也随之迅速扩大。

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从ADC到XDC：偶联药物进入多元时代

当精准治疗的需求不断增长，偶联药物的边界也在持续扩展

ADC的成功验证了“靶向递送+功能载荷”这一策略的临床与产业价值。如今，载荷类型和递送系统进一步丰富，偶联药物正从传统ADC延伸至DAC、AOC、ISAC、PDC和RDC等更广泛的XDC（X-Drug Conjugates）领域。

新的作用机制带来了新的机会，也带来了更大的实验设计空间：载体、Linker、Payload、偶联位点、装载比、纯度、聚集、活性与安全性需要被同步评估。对于研发团队而言，关键问题已从“能否完成偶联”，转变为“如何在更多组合中更快找到可开发的最优解”。

XDC家族速览

表1. XDC主要类型

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典型研发流程：从组合设计到可开发性评估

表2. 典型XDC研发流程示意：设计、筛选、分析与反馈构成持续迭代闭环

流程中的自动化窗口

前端需要低体积、多条件组合和剂量响应；中后端需要整板样品处理、细胞实验、纯化、检测前处理和数据追踪。高通量多流程的实验场景非常适合接入自动化系统。

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XDC研发的四大痛点

01：组合空间快速膨胀

载体、Linker、Payload、装载比及实验条件相互组合，单因素试验难以覆盖完整空间。

02：珍贵样本消耗高

降解剂、免疫激动剂、寡核苷酸和抗体试剂成本高，死体积与重复移液会放大消耗。

03：剂量曲线与板间一致性

连续稀释、吸附、残留和操作员差异可能影响曲线质量与跨批次重现性。

04：分析开发流程繁琐

纯化、稀释、磁珠处理、CE/LC-MS制样等重复步骤多，手工操作容易成为通量瓶颈。

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自动化接入：让不同平台各做擅长的事

自动化系统的价值，不是简单替代手工，而是把不同尺度的液体处理、检测和数据管理连接成稳定的完整流程。

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Echo：把珍贵样本带入纳升级组合筛选

在XDC发现阶段，最常见的问题是：如何用更少的样本，覆盖更多实验条件？

图1. Echo纳升级声波移液系统

• 非接触式声波液滴转移，减少吸头与接触式残留。

• 支持任意源孔到任意目标孔，便于构建设计复杂的组合矩阵。

• 纳升级加样适合珍贵Payload、降解剂、寡核苷酸与高密度筛选。

• 可从母液直接构建不同剂量点，减少连续稀释的误差传递。

DAC案例：

CRBN相关分子胶与降解剂筛选

在之前的推文《破局“不可成药”靶点——分子胶技术》中，我们对Dianthus uHTS与Echo联合用于CRBN相关结合筛选的应用文章做了解读，应用评估了一个1536孔超高通量筛选平台的均一性与可重复性，多台Echo仪器、不同天数、不同孔板的测试结果体现出极高的一致性。剂量反应测量获得高度一致的解离常数（Kd）估计值，98%的拟合值落在各板和仪器的95%置信区间内。两台Echo液体处理仪之间的仪器间变异低于10%。

图2. CRBN筛选案例关键指标

图3. A：均匀性测定研究的实验板布局。B：来自Dianthus uHTS的原始光谱数据示例热力图

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AOC与核酸类XDC：从“能检测”走向“高通量分析”

AOC研发不仅需要解决抗体与寡核苷酸的偶联、OAR和稳定性问题，还要面对siRNA、ASO及修饰寡核苷酸的批量筛选与分析。对于成千上万个样本，传统PAGE和LC-MS的分析速度可能成为瓶颈。同时核酸类药物研发本身高度依赖条件优化：Oligo序列、浓度、化学修饰、递送条件、细胞类型、孵育时间和检测方法都可能影响结果。因此，成熟的小核酸高通量筛选技术，可为AOC等核酸类XDC研发提供值得借鉴的自动化技术路径。

案例：

siRNA筛选

贝克曼库尔特生命科学公众号《自动化时代如何重构小核酸药物研发效率》一文中特别指出，Biomek i-Series自动化液体处理工作站，搭配着纳升级液体处理系统Echo，从文库制备、转染优化、细胞处理到检测前处理，全程自动化赋能，加速药物筛选。

图4. siRNA筛选实验流程

DOE自动化：快速锁定核酸实验最优条件

转染条件优化是典型的多因素DOE问题，需要同时考察核酸浓度、转染试剂、细胞密度和孵育时间。Biomek可承担细胞铺板、试剂配置和后续样品处理；Echo则可利用纳升级液体处理快速构建多维条件矩阵。

图5. Echo核酸条件优化矩阵

图6. Echo DOE测试结果

上述结果说明，核酸递送并不存在适用于所有细胞的“万能条件”，高通量条件优化本身就是研发的重要组成部分。

从文库分装到细胞实验：Biomek让流程标准化

文库制备与分装

完成多孔板核酸样本稀释、分装及阳性/阴性对照标准化布局。

细胞铺板

通过自动化液体处理提高不同孔之间细胞密度的一致性。

功能实验

支持培养基置换、染色剂添加、裂解液添加和上清收集等重复性操作。

检测前处理

将筛选结果衔接至RT-qPCR、酶标检测、成像或其他分析平台。

Echo+RT-qPCR：从细胞筛选走向基因表达检测

Echo被用于建立细胞裂解液直接进入RT-qPCR体系的自动化流程。24个靶基因检测中，生物学重复与技术重复的CV均值低于1.3%；低丰度基因CV不高于2.5%。

对AOC研发的启发

从候选核酸筛选，到细胞功能验证，再到基因表达检测，可通过自动化进一步缩短实验链路。

案例：

高通量寡核苷酸检测

2024年，Hu、Zhang等在《Analytical Chemistry》发表研究，建立了基于声波液滴喷射-开放端口接口-质谱（ADE-OPI-MS）的寡核苷酸高通量分析方法，并用于TdT突变体定向进化筛选。

图7. TdTs筛选流程示意图

图8. 论文报告的关键结果。倍数比较仅适用于该研究使用的具体PAGE和LC-MS方法，不代表所有平台的普遍性能

• 研究将突变体文库构建、培养、蛋白表达与纯化、功能反应、自动工作站转板和高通量质谱分析连接为自动化流程。

• 384个样本总分析时间为20.2分钟，平均约3秒/样本。研究团队报告其效率约为既往改良尿素PAGE方法的60倍、研究所用LC-MS方法的200倍。

• 约10,000个TdT突变体经筛选后获得3个活性提高的变体；组合突变体的催化活性较起始突变体提升约2.5–4倍。

对AOC研发的启发

该研究对象是TdT与酶促DNA合成，明确展示了ADE在寡核苷酸微量取样、高通量质谱检测和大规模库筛选中的潜力，可为siRNA、ASO、修饰寡核苷酸及核酸类XDC的分析策略提供方法学参考。

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Biomek：把筛选、细胞与分析前处理连接起来

如果说Echo更擅长“用更少的样本构建更多条件”，Biomek的价值则在于“让多个操作步骤稳定、标准地连续执行”。

案例：

CE-SDS纯度分析

XDC进入候选优化后，需要并行关注纯度、片段、荷电异质性、糖基化、聚集及装载比等属性。Biomek可承担批量加样、稀释、混匀、磁珠处理和检测前处理，并与CE、读板、离心及其他设备形成可追踪流程。

图9. Biomek i5 span8自动化移液工作站（左），BioPhase CE-SDS蛋白分子量&纯度分析试剂盒（中），BioPhase™ 8800高通量毛细管系统（右）

Biomek i5负责“自动制样”，BioPhase 8800负责“高通量检测”，二者结合构建了单抗CE-SDS纯度分析的端到端自动化平台，实现了“高通量、高重复性、低人工干预”的质量分析流程。

图10. Biomek i5自动化移液工作站处理样品及缓冲液的过程示意图

图11. 96份还原单抗CE-SDS电泳图。8 个通道毛细管编号用A-H表示，A01-H01表示样品盘A01-H01表示样品盘第一列的8份样品在8通道毛细管A-H的电泳图结果

自动化工作站增加了移液的一致性，减少人为操作的误差及可能引入的错误，重复性测试CV<2%。

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高通量整合与数据追溯：从设备自动化到流程自动化

XDC研发通常跨越多类样品、多块孔板和多种检测平台。真正影响效率的，往往不是单个移液动作，而是设备间转运、方法切换、样本身份和结果回溯。

图12. XDC研发自动化闭环：从组合设计、执行和检测返回下一轮优化

• 条码与板图：减少样本身份、对照位置和板间转移错误。

• 方法标准化：将关键体积、混匀、孵育和转板动作固化为可复用流程。

• 设备整合：根据实验需求连接培养、离心、读板和分析设备，减少人工切换。

• 数据回流：把筛选结果与原始设计条件关联，为下一轮DOE提供依据。

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总结：自动化正在成为XDC研发的新基础设施

从DAC到AOC，从ISAC到RDC，新型偶联药物正在持续拓展精准治疗的边界。设计空间越大，越需要高通量、标准化和可追踪的实验体系。

Echo与Biomek的协同价值，可以概括为：

Echo：以纳升级加样扩大可探索的组合空间

Biomek：以标准化执行连接样品、细胞、纯化与分析

数据闭环：让“设计—筛选—分析—优化”持续迭代

让科研人员把更多时间

用于实验设计与数据判断

把重复、复杂的流程交给自动化

参考文献：

[1] 贝克曼库尔特生命科学公众号文章：《破局“不可成药”靶点——分子胶技术》。

[2] 贝克曼库尔特生命科学公众号文章：《自动化时代如何重构小核酸药物研发效率》。

[3] Hu L, Zhang Z, Li C, et al. High-Throughput Screening for Oligonucleotide Detection by ADE-OPI-MS. Analytical Chemistry. 2024. DOI: 10.1021/acs.analchem.4c02110。

[4] Application Note：Biomek i5自动化移液工作站与BioPhase™ 8800联合用于单抗CE-SDS纯度分析。