En 1992, les professeurs Brenner et Lerner, aujourd'hui décédés, ont été les premiers à publier le concept d'encodage de la chimie de synthèse à l'aide d'acides nucléiques. Leur approche impliquait la synthèse de bibliothèques “une perle, un composé” (OBOC) avec codage concomitant. Dix ans plus tard, David Liu, Pehr Harbury et l'équipe Praecis/GSK (dont certains sont aujourd'hui membres de l'équipe X-Chem) ont été les pionniers d'une approche différente de l'encodage, dans laquelle les bibliothèques ont été synthétisées en phase de solution par des approches de synthèse templée, routée ou enregistrée, respectivement. Ces techniques se distinguent des approches antérieures du codage par le fait que les bibliothèques sont conçues pour être criblées sous forme de mélanges. Influencés par les concepts de l'évolution moléculaire et par analogie avec les méthodes de sélection de l'affichage des phages et des ARNm ou des aptamères/SELEX, ces chercheurs ont confirmé que la sélection de mélanges par affinité était une approche puissante et efficace du criblage.

Ces premières découvertes ont établi les caractéristiques fondamentales de ce que l'on appelle communément la technologie des bibliothèques codées par l'ADN (DEL) : synthèse en phase de solution, split-and-pool avec codage, sélection par affinité de mélanges de bibliothèques dans un seul récipient et séquençage de l'ADN pour caractériser la fraction liée. Au cours des 15 années qui ont suivi, cette approche s'est bien établie, pratiquée par de nombreuses entreprises, décrite dans de nombreux articles évalués par des pairs et à l'origine d'un nombre croissant de candidats cliniques.

Malgré ses nombreux succès, le fait que le criblage DEL soit une expérience de liaison peut réduire son applicabilité dans certaines situations. De nombreux projets de découverte de médicaments ciblent des modes d'action spécifiques, tels que l'activation. D'autres souhaitent une réponse phénotypique particulière, quel que soit le mécanisme. Dans le premier cas, la méthode DEL peut au moins permettre d'espérer trouver un liant ayant des propriétés d'activation ; dans le second cas, il est difficile d'imaginer comment une bibliothèque de mélanges pourrait être criblée pour parvenir à un tel résultat. Ces limites ont donné naissance à ce qui a été décrit comme “DEL fonctionnel” ou “DEL à billes”. Ces méthodes, dont Brian Paegel et son équipe sont les pionniers, sont plus proches du concept original de Brenner et Lerner. Les bibliothèques OBOC sont constituées par codage, les billes étant ensuite séparées dans l'espace pour être analysées. L'avènement de la microfluidique, qui permet de capturer les billes dans des gouttelettes d'eau contenant des réactifs, puis de les trier sur la base de paramètres tels que la fluorescence, a constitué une avancée majeure dans ce domaine.

Nous pouvons comparer les caractéristiques de la “DEL en billes” et de la “DEL en solution” et constater qu'elles sont très différentes. L'une repose sur la synthèse de bibliothèques d'OBOC, la séparation spatiale et le test d'activité, tandis que l'autre se caractérise par la synthèse de bibliothèques en phase de solution, le criblage basé sur les mélanges et la sélection par affinité.

Comparons-les plus en détail (tableau 1). Tout d'abord, en termes de synthèse de librairies, chacune présente des avantages et des inconvénients. La DEL à billes est limitée par le nombre de billes de synthèse, alors que la DEL display n'est pas soumise à cette contrainte et, par conséquent, présente l'avantage d'une taille de bibliothèque presque illimitée. Les plus grandes bibliothèques DEL de perles rapportées à ce jour contiennent moins de 100 000 membres. D'autre part, comme les billes peuvent être suspendues dans des solvants non aqueux, le champ d'application de la chimie est susceptible d'être plus large. Toutefois, la stabilité de l'ADN est toujours requise, de sorte que les bibliothèques DEL de billes ne peuvent pas encore exploiter toute la gamme des conditions de la chimie organique.

C'est dans les méthodes de dépistage que les différences entre les deux approches apparaissent réellement. Les méthodes DEL en solution sont basées sur la biologie. En d'autres termes, de fortes concentrations de protéines (ou d'autres cibles biologiques) sont introduites dans le mélange de la bibliothèque dans des proportions telles que la concurrence pour les sites de liaison est évitée. Ainsi stimulé par la biologie, le résultat est de nature chimique, sous la forme de structures chimiques sélectionnées par la cible. Dans le criblage DEL en solution, le principal facteur de faux positifs et d'artefacts est la qualité des réactifs biologiques utilisés dans le criblage.

D'autre part, comme le criblage à haut débit (HTS) et d'autres systèmes d'essai, le DEL à billes est axé sur la chimie. De fortes concentrations de composés (photoclés) dans la microgouttelette stimulent le système d'essai, qui peut être biochimique ou cellulaire. La lecture est un signal d'essai quelconque, généralement fluorométrique. Il est possible que - comme on l'a observé avec le criblage de la chimie combinatoire dans les années 1990, ainsi qu'au début de l'HTS avec des ensembles de criblage non optimisés - la réalisation d'essais avec de fortes concentrations de composés non purifiés et non caractérisés conduise à une propension aux artefacts d'essai.

Étant donné qu'une sélection DEL en solution est une incubation de liaison, son dispositif expérimental est assez simple et implique de très faibles volumes (généralement moins de 100 µl). Les criblages DEL en solution peuvent ainsi être multiplexés, ce qui permet d'évaluer la sélectivité, le site de liaison et l'affinité en une seule expérience. En revanche, le criblage DEL par billes est limité par les taux de tri des appareils microfluidiques et photochimiques spécialisés nécessaires. Le multiplexage des cribles de la même manière nécessiterait la réalisation d'une série d'expériences, ce qui augmenterait considérablement le temps et les coûts.

Les deux techniques sont similaires après l'écran. Elles reposent toutes deux sur le séquençage de l'ADN, bien que les méthodes de DEL en solution génèrent de très grands ensembles de séquences qui nécessitent une analyse informatique approfondie pour les déconvoluer. Toutes deux nécessitent une synthèse de suivi pour établir sans ambiguïté les structures des substances actives et les confirmer dans un format d'essai orthogonal.

Les différents attributs décrits ci-dessus permettent de déterminer le cas d'utilisation optimal pour chaque technologie. La solution DEL est un outil idéal pour l'identification de nouveaux résultats. Son ensemble de bibliothèques, qui ne cesse de s'enrichir, couvre l'ensemble de l'espace chimique accessible, ce qui permet de trouver de nouvelles solutions à des problèmes de liaison difficiles. En outre, les bibliothèques DEL de solutions sont criblées à si petite échelle qu'une seule synthèse de bibliothèque fournit suffisamment de matériel pour des milliers d'expériences de criblage. Le DEL à billes, avec ses bibliothèques plus ciblées qui sont détruites par l'expérience de criblage, est mieux adapté à l'étude d'un SAR spécifique autour d'un pharmacophore actif connu.

En résumé, deux techniques de chimie synthétique utilisant l'encodage de l'ADN sont actuellement pratiquées. L'une est ancrée dans la chimie combinatoire à base de billes et le criblage biochimique. L'autre est basée sur l'évolution moléculaire, la présentation de composés et la sélection par affinité. Il s'agit de deux approches puissantes du criblage moléculaire, mais la solution DEL est pratiquée depuis plus longtemps et a un historique de réussite plus long. Nous sommes impatients de voir comment ces deux technologies influenceront la découverte de médicaments à l'avenir.