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Structure Designer

集成于 Percepta 平台的先导化合物结构优化工具:在先导物结构上标记待修饰位点,从内置或自定义片段库生成虚拟类似物库,按理化、ADME 与毒性性质目标批量预测、排序与筛选,在合成之前把资源集中到最可能达标的衍生物上。新版引擎(Structure Design Engine)可在数秒内探索 10¹⁶ 量级的虚拟化合物空间。

结构生成虚拟类似物库多目标筛选
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Structure Designer 产品封面

核心功能

从标记位点、生成类似物库到批量性质筛选的先导优化闭环,预测能力由 Percepta 各预测模块提供。

01 虚拟类似物库生成

  • 在先导物结构上圈选一个或多个取代位点,由软件按性质目标自动生成衍生物
  • 内置 16,000 余个药物分子片段的取代基库,每个修饰位点可独立选用不同片段库
  • 支持最多 4 个位点同时变化;新一代引擎将枚举复杂度由 O(n⁴) 降至约 O(n²),内置库规模下可探索 10¹⁶ 量级虚拟类似物并保持实时响应

02 项目目标与性质空间导航

  • 为理化、ADME 与安全性性质设定允许范围(滑块)与相对重要性(星级权重)
  • 性质标尺按红黄绿颜色映射,直观指示当前分子所处位置与有利区域
  • 可按项目取向切换「CNS 药物 / 外周药物」目标,自动调整血脑屏障渗透性的判定方向

03 片段库构建与筛选

  • 内置片段库之外,可基于逆合成反应规则从内部化合物库或试剂目录自建片段库
  • 按分子量、脂溶性、pKa、氢键供体/受体数、相似度等条件过滤取代基
  • 进一步按电离状态、共振/诱导电子效应限定片段,使生成的衍生物贴合项目化学空间

04 交互式结构编辑

  • 内置结构编辑器:圈选、绘制、插入/删除原子、设置电荷与元素、常用环模板
  • 标记取代基后高亮显示,多个位点面板可同屏对照
  • 无需切换外部绘图软件即可完成先导物的修饰与同类物(同系物)长度调整

05 批量预测与优先级排序

  • 生成的类似物库批量计算理化、ADME 与毒性性质,并按项目目标综合排序
  • 以成药性分类(良好 / 一般 / 较差)颜色标记,散点图、排序与筛选工具辅助定位候选结构
  • 可靠性指数(RI)评估预测可信度;已测活性数据可导入软件,与预测结果合并参与排序

06 结构-性质关系洞察

  • 以结构着色方式展示原子/片段对预测值的贡献,辅助判断修饰方向的得失
  • 识别与毒性或危险活性相关的结构片段,在生成阶段即予规避
  • 可视化探索理化性质空间中的有利区域,寻找活性与成药性的最优平衡

软件截图一览

Structure Designer 的典型工作界面截图。

解决的研究问题

把结构优化从「依赖个人经验」变为「以性质数据驱动」的设计流程。

合成之前先算一遍

在合成新衍生物之前预判结构修饰方案的可行性,避免把合成与测试资源花在大概率不达标的化合物上。

多性质目标难以兼顾

logP、pKa、溶解度、渗透性、hERG 等目标常常此消彼长。以星级权重与允许范围同时约束多个性质,颜色映射直接指出性质空间中的优势区域。

衍生物库多样性不足

不预设单个取代基性质限制的枚举策略,在整体分子性质受控的前提下最大化类似物库的结构多样性,减少遗漏潜在类似物的风险。

技术要点

模块定位集成于 Percepta 平台的结构生成与先导化合物优化工具,预测能力调用 PhysChem / ADME / Tox 各预测模块(详见产品线介绍)
取代基(片段)库内置 16,000+ 药物分子片段库;可基于逆合成反应规则自建片段库,或由内部化合物库、试剂目录制备构建块集合;每个修饰位点可独立指定片段库与过滤条件
并行修饰位点最多 4 个取代位点同时枚举,各位点可设置独立的性质范围与相似度过滤器
枚举规模与性能新一代 Structure Design Engine 将复杂度由 O(n⁴) 降至约 O(n²),内置库规模下总组合数可达 6.6×10¹⁶,可在数秒内完成全空间探索并保持交互式操作体验
优化目标设定按性质设定允许范围(滑块)与重要性(星级权重);支持「CNS 药物 / 外周药物」目标切换;性质标尺颜色映射指示有利区域
结果评估工具批量预测与综合排序、成药性分类颜色标记、可靠性指数(RI)与相似结构对照、散点图 / 排序 / 筛选;支持导入已测活性数据合并排序
输入与输出内置结构绘制,或由 MOL / SK2 / SKC / CDX 等文件导入;生成的衍生物库可导出 SDF,供分子对接、QSAR 等外部虚拟筛选流程继续使用

技术解读

由公众号文章迁移整理,介绍虚拟类似物库的构建方法与操作流程。

Structure Design Engine 虚拟枚举文章封面
技术解读虚拟枚举

Structure Design Engine:10¹⁶ 量级虚拟类似物的实时枚举与筛选

新一代引擎把虚拟类似物生成与性质预测排序耦合:最多四个位点并行枚举,复杂度降至约 O(n²),数秒探索 10¹⁶ 量级化学空间。

衍生物库设计工具文章封面
技术解读衍生物库设计

一款简单易用的衍生物库设计工具:Structure Designer

以组胺 H3 受体拮抗剂先导物为例的五步操作演示:结构导入、位点选取、片段库设置、5410 个衍生物生成与批量 hERG 风险筛选,并介绍自建片段库。

基于性质的结构优化操作演示封面
技术解读操作流程

基于性质的结构优化:操作演示

Structure Designer 的标准操作流程:先导化合物结构导入、片段取代位点选取、片段库性质范围选择、衍生物库生成与性质预测筛选。

应用案例

来自公开发表文献与实际项目的先导化合物优化实践。

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应用案例先导化合物优化

基于成药性质的先导化合物结构优化:MCH-R1 拮抗剂

围绕单环取代基生成 40 个多样衍生物,命中文献实际验证的最优与次优结构,并结合血脑屏障多维渗透参数与代谢位点模块进一步筛评。

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应用案例hERG 优化

先导化合物优化:降低 hERG 心脏毒性

以吲唑类 GSK-3β 抑制剂为例,按降低亲脂性与碱性的思路对两个取代位点做片段枚举,生成 7000 余个衍生物并批量预测 hERG 抑制风险。

教程与资料

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