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化学ライブラリーまたは化合物ライブラリーとは、通常、ハイスループットスクリーニングや工業生産において最終的に使用される化学物質のコレクションです。化学ライブラリーは、簡単に言えば、一連の化学物質の集合体です。各化学物質には、化学構造、純度、量、化合物の物理化学的特性などの情報を含む関連情報が、何らかのデータベースに保存されています。
創薬におけるハイスループットスクリーニングでは、適切な化学空間を可能な限り活用しようとする一連の化学物質に対して、標的となる薬剤をスクリーニングすることが望ましい。あらゆる化学構造からなる化学空間は非常に広大である。保管されているほとんどの化学ライブラリは、保管スペースやコストの問題から、化学空間全体を網羅的に網羅しているわけではない。しかし、多くの分子間相互作用は予測できないため、化学ライブラリによって網羅される化学空間が広ければ広いほど、ハイスループットスクリーニングで「ヒット」（生物学的モデルにおいて適切な相互作用を示し、医薬品として開発される可能性のある化学物質）が見つかる可能性が高くなる。
創薬における化学ライブラリーの例としては、キナーゼを阻害することが知られている一連の化学物質、あるいは工業プロセスにおいては、樹脂を重合させることが知られている一連の触媒などが挙げられる。
化学ライブラリーは通常、特定の目的のために作成され、より大規模な化学ライブラリーは、同じ場所に保存された複数の小規模ライブラリーのグループから構成されることがあります。例えば、創薬プロセスでは、ハイスループットスクリーニングで疾患モデルに対して試験を行うために、幅広い有機化合物が必要となります。そのため、創薬における化学ライブラリーの作成に必要な化学合成のほとんどは、有機化学に基づいています。がんにおけるキナーゼ阻害剤のスクリーニングに関心のある企業は、化学ライブラリーと合成を、ATP結合部位またはアロステリック部位への親和性を持つことが知られている種類の化合物のみに限定する場合があります。
しかし一般的に、ほとんどの化学ライブラリは、有機化学者が同じ分子骨格や分子バックボーンをベースに多くのバリエーションを作れるような、多様な有機化合物の大規模なグループに焦点を当てています。場合によっては、外部の業者から化学物質を購入し、社内の化学ライブラリに含めることもあります。
化学ライブラリーは、その範囲と設計に応じて、多様な指向性、医薬品様、リード様、ペプチド模倣体、天然物様、キナーゼ、GPCR、プロテアーゼ、PPIなどの特定の生物学的標的ファミリーを標的とする[ 1 ]ものに分類することもできます。これらの化学ライブラリーは、標的ベースの創薬（リバースファーマコロジー）でよく使用されます。化合物ライブラリーの中には、フラグメントベースのリード探索に主に使用されるフラグメント化合物ライブラリーが注釈付けされるべきです。
化学ライブラリーは通常、化学者やケモインフォマティクス科学者によって設計され、有機化学や医薬品化学によって合成されます。化学ライブラリーの生成方法は通常プロジェクトによって異なり、スクリーニング化合物を選択するために合理的な方法を使用する際には考慮すべき多くの要素があります。[ 2 ]一般的に、特定の薬剤ターゲットまたは疾患モデルに対して一連の化学物質がスクリーニングされ、予備的な「ヒット」、つまり目的の活性を示す化学物質が、その活性を確認するために再スクリーニングされます。再現性と活性によって「ヒット」として認定されると、これらの特定の化学物質が登録され、分析されます。ケモプロテオミクスは、タンパク質ターゲットを特定するために化学ライブラリーの使用を取り入れた研究分野です。異なる化学グループ間の共通点は、多くの場合、特定の化学サブスペースを反映しているため、研究されます。サブスペースの活性部分で化学ライブラリーをさらに最適化するために、追加の化学作業が必要になる場合があります。必要に応じて、元のヒットと非常によく似た化合物をさらに生成することにより、その特定のサブスペースで化学ライブラリーを拡張するために、より多くの合成が行われます。この狭い範囲内の化合物群から新たに選定された化合物は、さらにスクリーニングされ、その後、創薬におけるヒット・トゥ・リードプロセスにおいて、より高度なモデルを用いてさらなる検証が行われます。
考えられるすべての有機化合物の「化学空間」は広大であり、分子のサイズとともに指数関数的に増加します。ほとんどの化学ライブラリは、保管スペースやコストの問題から、化学空間全体を網羅しているわけではありません。
化学合成には費用と労力がかかるため、化学物質は早期劣化を防ぐために適切に保管し、後で使用するために確保しておく必要があります。各化学物質には特定の保存期間と保管条件があり、規模の大きい化学ライブラリーでは、ライブラリー内の化学物質を定期的に廃棄および交換するためのスケジュールが定められています。一部の化学物質は非常に不安定、放射性、揮発性、または可燃性であるため、OSHAなどの安全基準に従って、厳重な条件下で保管する必要があります。
ほとんどの化学ライブラリは、バーコードやリレーショナルデータベースなどの情報技術を用いて管理されている。さらに、大規模な化学ライブラリでは、化合物を取り出すためにロボット技術が必要となる。
化学ライブラリーの個々の登録化合物数は容易に数百万にも及ぶため、たとえ小規模な化学ライブラリーであっても、その管理は専任の担当者を要する作業となる。化合物管理は、こうした化学ライブラリーの管理・維持、そして管理における安全性と有効性の最大化を目指す分野の一つである。