JP7090150B2 - 質量分析によって区別可能な合成化合物、ライブラリ及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、契約番号第Ｎ６６００１－１４－Ｃ４０５９における国防高等研究計画局（ＤＡＲＰＡ）及びＳＰＡＷＡＲシステムセンターパシフィック（ＳＳＣパシフィック）の支援の下でなされたものである。米国政府は、本発明における所定の権利を有する。

ポリマービーズは、例えば自然に又は合成的に生成されるオリゴマー又はポリマー（例えば、ペプチド、非ペプチド、及び小分子）等の化合物のライブラリを形成することに用いることができる。いくつかの場合には、「１つのビーズ、１つの化合物」（ＯＢＯＣ）組み合わせライブラリのコンセプトは、異なる化合物を生成するために用いることができる。ライブラリは、ターゲットに対して反応する、又は特定の機能を提供する化合物についてスクリーニングすることに用いることができる。ＯＢＯＣライブラリは、分離した合成アプローチを用いることを含み、突き詰めると、各ビーズは、それぞれ、１つの化学物質を有する。当該アプローチを用いることで、化合物のライブラリは、特定の目的（例えば、ターゲットへの結合）のための化合物等のヒットについて合成及びスクリーニングすることができる。スクリーニングされた化合物の構造決定は、エドマン化学、ラダーシーケンス、又は同位体解析によって実行することができる。構造決定技法には、例えば、解析と結合分析とが干渉する、といった制約がある。

本発明は、上記の課題を解決すること、並びに特定の目的について化合物のライブラリを形成及びスクリーニングすることに関する。具体的な態様は、合成化合物のライブラリを形成する方法を対象とし、各化合物は、分子の配列を含む。分子は、１以上の分子のサブ基（例えば、モノマー又は官能基）から形成され、質量分析によって区別可能な分子量を有する。

本開示の様々な実施例は、オリゴマー又はポリマー等の合成化合物のライブラリを形成する方法に関する。ライブラリは、「ｐｔｙｃｈ」とも称される複数の分子を選択する論理回路を用いて形成可能であり、各分子は、複数のサブ基から形成され、異なる質量分析特性を示す。 ライブラリは、複数の分子の異なる配列の組み合わせを含む複数の合成化合物を含む。各合成化合物は、ビーズ（例えば、ポリマービーズ）に付着させることができる。化合物の少なくともいくつかの分子（例えば、他の分子に囲まれた分子及び／又はビーズに付着させられた分子）は、開裂可能基を含むことができる。分子又はｐｔｙｃｈは、分子内のサブ基の数を示すｐｔｙｃｈの前にあるプレフィックスによって参照することができる。例えば、４つのサブ基（例えば、４つの官能基又はモノマー）から形成される分子は、ｔｅｔｒａｐｔｙｃｈと称することができ、３つのサブ基から形成される分子は、ｔｒｉｐｔｙｃｈと称することができる。ライブラリは、分子の質量分析（例えば、特定の分子量の読み取り）が、各分子を形成するサブ基の配列を含む分子の組成又は識別とともに分子の位置を識別するように、ライブラリの化合物の鎖における異なる位置又は配列に各分子が関連付けされるように、設計される。

様々な具体的な実施の形態においては、論理回路は、ライブラリを設計するために用いられる。複数のサブ基を含む複数の分子が、論理回路によって選択される。複数の分子は、それぞれ、他の複数の分子の質量分析特性から区別可能な質量分析特性を示す。論理回路は、複数の分子の他の質量特性からの閾値である、質量分析特性を有する複数（つまり、複数は潜在的な分子のセットのサブセットである）を識別することで、潜在的な分子のセットから複数の分子を選択する。論理回路は、当該論理回路のメモリ回路内のライブラリを形成する複数の合成化合物の配列における位置に複数の分子を割り当てる。さらに、質量分析を介してサブ配列可能な複数の合成化合物は、複数の分子の割り当てられた位置を用いて形成可能である。

具体例として、ライブラリが８つの分子から形成される化合物で設計されている場合を想定する。ライブラリの化合物は、それぞれ、分子について８つの位置を有し、第１の位置が、ビーズに最も近く、第８の位置が、ビーズから最も遠い。各位置は、順に８つの潜在的な分子を持つように設計され、異なる質量分析特性を有する合計で６４（例えば、８つの位置×各位置での８つの可能性）の区別可能な潜在的な分子が得られる。質量分析特性の例は、質量分析を行うことで識別された分子量、同位体分布、溶出時間、及びフラグメンテーションパターンを含む。ライブラリは、所望の機能を持つと考えられる特定の化合物を識別するために、８８の異なる化合物を含むことができるが、６４の異なる質量分析特性（例えば、６４の重量分子量、６４のフラグメンテーションパターン、６４の同位体分布、６４の溶出時間及び／又はその組み合わせ）のみが、スキャンされる。これは、６４の異なる分子を表わす。各分子が特定の位置に関連付けされているので、質量分析特性（例えば、分子量、フラグメンテーションパターン、溶出時間及び／又は同位体分布）の識別は、化合物の完全な組成を識別する。例えば、各分子の質量分析特性は、分子の同一性、化合物における分子の位置、及び分子に含まれるサブ基の配列をマッピングする。このように、分子の質量分析特性は、合成化合物の組成、例えば合成化合物を形成する分子の配列、を識別するバーコードとして作用する。質量分析特性が合成化合物の組成を識別するために用いられるので、化合物を配列するために用いられる検出感度は、質量分析技法の機能、又はそれによって制限され、これは、現在、１フェムトモル（ｆｍｏｌ）の検出に限定される。複数の実施例においては、様々なタイプの質量分析インレットシステムを、高性能液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）システム等のアップフロントなクロマトグラフ分離システムに直接連結されるよう用いることができる。

関連する実施例では、ライブラリは、区別可能な分子量を示す複数の異なる分子を設計することで形成される。異なる分子は、区別可能な分子量を有するサブ基（例えば、官能基又はモノマー）を含み、分子の分子量は、コンピュータにより算出可能である。質量分析を介して互いに区別可能、例えば５ｐａｒｔｓ－ｐｅｒ－ｍｉｌｌｉｏｎ（ｐｐｍ）で分離可能、な分子量を有する分子は、異なる化合物を形成するために選択されて用いられる。選択された分子は、各化合物が同数の分子によって形成される、複数の異なる化合物を形成するために用いられる。具体例として、複数の化合物は、８つの分子の配列によって形成される。しかしながら、実施の形態はこの場合に限定されず、化合物は、ポリマー及び／又はオリゴマーであってよく、２－４０以上の分子長となり得る。化合物を形成する分子を、それぞれ化学的に分離するために用いることができる開裂可能基が、少なくともいくつかの分子間に含まれる。開裂部位は、本明細書において、「開裂基」とも称される。化合物は、異なる分子及び／又はサブ基を結合するために、カップリング化学を用いて（物理的に）形成される。複数の分子は、それぞれ、ライブラリの化合物の設計に基づいて、ライブラリの化合物の配列順序における位置に関連付けされる。位置は論理回路を用いてメモリ回路に記憶可能である。例えば、特定の分子が化合物内に存在する場合、ライブラリの設計に基づいて、特定の分子は、割り当てられた及び／又は相関する位置にあることが把握される。各位置は、当該位置に割り当てられる１セットの潜在的な分子を有することができる。上記の例を用いて、ライブラリは、８つの位置に８つの分子を有する化合物を含むように設計され、８つの位置は、それぞれ、１セットの８つの潜在的な分子を有する。ライブラリは、ターゲットへの結合についてスクリーニングするために用いられ、ターゲットに結合する選択された化合物が、回路を用いて、識別、分離又はプレート上に配置され、ビーズから化合物を分離及び／又は各分子を分離するために開裂される。特定の実施例において、選択された化合物は、ビーズを扱い分離する手動及び／又は自動方法を用いて分離され及び／又はプレート上に配置される。開裂により、溶液において互いに分離された分子の混合物を得られる。当該混合物は、質量分析を行い、導出される質量分析特性を用いて、化合物内の分子及び化合物の配列における各分子の位置の両方を識別するために、選択された化合物の配列（例えば、化合物内の分子の順序及び各分子を形成するサブ基の順序）を識別するために用いることができる。スクリーニングから選択及び／又は識別された化合物、及び／又は、化合物の共役形態は、以下にさらに詳細に説明するように、特定の機能を提供するよう（カップリング化学を用いて）に形成されて用いることができる。

他の関連する具体的な実施態様において、分子は、複数の他のサブ基から区別可能な質量分析特性を示す複数のサブ基を選択し、複数のサブ基のそれぞれを候補となる分子の配列における位置と関連させることで設計される。候補となる分子は、次に、閾値により他の質量分析特性から分離可能（例えば、異なる）な質量分析特性を示す複数の分子を選択するために用いられる。本明細書で用いるように、用語「区別可能な質量分析特性」は、用語「固有の質量分析特性」とも言え、ライブラリにおける別のサブ基及び／又は分子の値から識別及び／又はそうでなければ区別可能な値を含む又は示す。プロセスは、従って、２つの異なる割り当てを含むことができる。第１の割り当ては、候補となる分子の配列における各位置について、複数のうち１セットのサブ基を選択することを含み、これは、次に、区別可能な質量分析特性を示す複数の分子を選択するために用いられる。第２の割り当ては、候補となる合成化合物の配列における各位置について、複数のうち１セットの分子を選択することを含む。分子及び化合物における位置に割り当てられた、サブ基の選択されたセットと、分子の選択されたセットとは、本明細書において以下にさらに詳細に説明するように、メモリ内において相関させられる。

ライブラリの設計に関連する実施例は、論理回路を用いて、複数の分子を、論理回路のメモリ回路内に（デジタル）ライブラリを形成する複数の合成化合物の配列における位置に割り当て及び／又は相関させ、複数の分子の割り当てられた位置を用いてメモリ回路内に質量分析を介して配列可能な複数の合成化合物を定義する、ことを含む。定義されたライブラリは、カップリング化学又は特定の機能についてのスクリーニングを介して当該ライブラリの形成のために他の回路に通信可能である。論理回路は、１つ以上のデータオブジェクトとして、ライブラリの形成及び／又は機能のスクリーニングについて複数の定義した合成化合物及び分子の配列における割り当てられた位置への相関を他の回路へ通信可能である。他の回路又は論理回路は、カップリング化学を介して、メモリ回路内の定義に基づいて複数の合成化合物を形成し、及び／又は、特定の機能について複数の合成化合物をスクリーニングするために用いることができる。

具体的な実施の形態は、複数の合成化合物のライブラリに関する。各化合物は、分子及び化合物の配列における分子の位置を識別する質量分析特性（例えば、分子量、導出されるフラグメンテーションパターン、溶出時間、及び／又は同位体分布）を有する複数の分子から形成される。上記のように、分子は異なるサブ基から形成され、ターゲットへの結合についてスクリーニングするために用いられる。複数の分子は、それぞれ、固有の分子量及び／又は他の質量分析特性を有し、化合物の配列（例えば、順序）における位置に関連付けされる。例えば、第１の分子は、第１の質量分析特性を有し、ライブラリにおいて化合物の第１の位置（例えば、ビーズに最も接近）のみに位置する。化合物の分子の混合物を含む溶液に質量分析を行うことで、第１の質量分析特性（例えば、分子量、関連するフラグメンテーションパターン、溶出時間、及び／又は同位体分布の値）が出力として読み取られた場合、化合物は、第１の位置に第１の分子を持つことが把握される。ライブラリは、本明細書では「サブ基」と称される人工官能基を可能な限り多く有する分子を含み、質量分析特性は、化合物の組成（例えば、各官能基から形成された分子の配列又は順序）を識別するバーコードのように用いられる。上記の第１の分子を用いて、第１の分子を形成するサブ基の配列順序も、上記のようにライブラリの設計に基づいて把握される。

様々な関連する実施例では、ライブラリを形成するために用いられる分子は、化合物の（物理的な）ライブラリを形成する前にパターン化され、当該パターンは、基準パターンとしてエラー制御に用いられる。例えば、質量分析を、ライブラリの後のスクリーニングのための比較のための基準を形成するために各分子に行うことができる。結果は、分子量、フラグメンテーションパターン、溶出時間、及び／又は同位体分布（及び／又はクロマトグラフィー保持時間）の基準を提供可能である。質量分析がＨＰＬＣ等のクロマトグラフィー分離と組み合わされる実施例において、クロマトグラフィー保持時間は、確認のために用いることができる追加の要因である。これらの基準は、結果がバックグラウンドノイズではないことを確証するために用いることができる。後続のスクリーニングを行うことができ、化合物の組成は、分子量、フラグメンテーションパターン、溶出時間、及び／又は同位体分布によって識別可能である。さらなる具体的な実施例において、２つ以上の分子及び／又はサブ基は、分子量によって区別可能でない（つまり、同一又は閾値内）が、第２の質量分析特性、例えば、フラグメンテーションパターン、溶出時間、及び／又は同位体分布等によって区別可能な分子量を有し得る。

形成されたライブラリは、メモリ回路に記憶されるデータ（例えば、データオブジェクト）となりえる、及び／又は物理的な化合物となりえる点、理解されるところである。例えば、ライブラリは、論理回路を用いて設計することができ、メモリ回路にデータとして記憶することができ、及び／又は、論理回路で通信できる。化合物は、分子の配列及び分子を形成するサブ基を識別し、さらに分子の質量分析特性の識別にマッピングするデータとして記憶することができる。論理回路は、カップリング化学又は特定の機能についてライブラリをスクリーニングする回路を用いて物理的な化合物を形成するために用いられる機器及び／又は他の回路へライブラリを通信可能である。他の実施例では、ライブラリは、形成された化学構造（データ内に記憶されるよりもむしろ形成される、又は、データとして追加的に記憶される物理的な化学構造）の物理的なライブラリを含む。

ライブラリを設計する方法及び／又は設計されたライブラリは、上記のように、他の設計技法や設計されたライブラリと比較して、論理回路のより少ない処理リソース及び／又はメモリリソースを利用可能であり、これは、化合物の配列を識別するために用いることができる、相関させた質量分析特性及び導出される記憶されるデータ量が、設計された化合物の数及び／又はサブ基を含む化合物の全配列ではなく分子の数の関数（又は度合い）であるからである。質量分析特性は、分子の識別及び化合物における分子の位置の両方にマッピングされるので、当該特徴は、化合物の全組成を識別することに用いることができる。例えば、各分子は、メモリ回路に記憶されたマップのように、分子を形成するサブ基の配列にマッピングすることができる。さらに上記のように、論理回路は、分子及び化合物の配列における位置に質量分析特性をマッピングするデータを、分析からの結果を分析する回路に通信することができる。回路は、ある実施例において、同一の論理回路又は質量分析回路と通信する別の論理回路を含み、質量分析結果を、分子、配列における位置、及び分子のサブ基配列に質量分析特性を相関させるマップと比較することができる。論理回路と同様に、結果を分析する回路に用いられる処理リソースは、質量分析結果に対して複数の潜在的な分子の既知の質量分析特性を検索及び／又は比較するので、他の技法と比較して減らすことができる。具体的な例として、ライブラリは、所望の機能を有すると考えられる特定の化合物を識別するために１０^１０の異なる化合物を含むことができるものではあるが、１００の異なる質量分析特性（例えば、１００の分子量、１００のフラグメンテーションパターン、１００の同位体分布、及び／又はその様々な組み合わせ）がスキャンされ、これは、各分子が特定の位置に関連付けされているので、１００の異なる分子を示す。

具体的な実施の形態は、固有の分子量及び／又は他の質量分析特性を有する分子から形成される、配列可能な合成化合物のライブラリをスクリーニングする方法に関する。ライブラリは、複数のポリマービーズを含み、各ビーズは、それに付着した異なる化合物を有する。ライブラリは、ターゲットに対するスクリーニング化合物の反応又は相互作用についてスクリーニングするために用いることができ、診断分析及び／又は特定の機能を提供する新たな合成化合物の識別を生成する。例えば、分析は、合成化合物及びターゲットのライブラリを用いて生成することができる。分析は、特定の機能を示す、分離された複数の合成化合物についてスクリーニングされる。例えば、ヒット（例えば、ターゲットへ反応）である各化合物は、溶液において混合物として化合物を個別の分子に開裂し、導出される溶液に質量分析を行うことで識別される。上記のように、ライブラリの各化合物は、複数の分子のサブセットの固有の復配列から形成される。複数の分子は、それぞれ、質量分析を用いて区別可能な質量分析特性を有する。各質量（又は導出されるフラグメンテーションパターン、溶出時間、及び／又は同位体分布）は、マップ、キー又はその他の関連付けを介して、各分子、化合物配列における位置、及び分子を形成するサブ基の配列にマッピングすることができる。反応させたビーズは、ポリマービーズから化合物を分離し、溶液内で別の分子から、化合物を形成する各分子を分離し、質量分析（例えば、化合物の組成を識別するために溶液に質量分析を行う）を介して分子の質量分析特性を識別することで合成化合物を配列することによって化合物を識別するために用いることができる。化合物は、特定の目的についてのセンサ、酵素、材料、又は特定の機能を提供するものとして、診断目的で組織を治療する医薬製品を形成するために用いることができるとともに、他の目的で利用可能である。

様々な関連する実施例は、ライブラリをスクリーニングするために用いられるシステムに関する。システムは、固有の分子量を有する分子から形成された合成化合物の上記ライブラリと、光学式スキャナと、蛍光性のヒットを発見し、各化合物をプレートに配置する回路（例えば、選択回路）と、を備える。光学式スキャナの一例は光ファイバースキャナであり、光ファイバー束のアレイ、レーザ、及びイメージング回路（例えばカメラ）である。特定の機能を示す化合物を区別するために、分析をポリマービーズとともに行う。具体的な例において、分析は、タンパク質を結合、酵素を抑制、及び／又は、細胞を中和若しくは殺す、その他の機能のために用いられる。検出された作用は、光学式スキャナを用いて、分析の光学式（例えば、蛍光性）の読み取りによって評価される。特定の機能又は作用を示すと考えられる化合物を有する、識別されたビーズはスキャンに基づいて識別され、スクリーニングプレートから除去され、選択回路を用いてウェル又はチューブに配置される。除去されたビーズは、ビーズから化合物をリリースし、上記のように、開裂によって化合物を形成するために用いられる分子を分離するためにさらに処理される。ライブラリにおける化合物を形成するために用いられる分子は、質量分析を用いて識別可能な異なる質量分析特性を有し、これは、合成化合物を配列するために用いることができる。

様々な他のより具体的な実施の形態において、合成コード化化合物は、スクリーニング化合物を識別するためにバーコードとして用いられる。上記のように、合成コード化化合物は、区別可能な質量分析特性を有する複数の分子のサブセットから形成され、ライブラリにおいてビーズの内部に位置する。合成物でもあるスクリーニングする化合物は、ビーズの外部に位置する。合成コード化化合物の各質量分析特性は、スクリーニング化合物にマッピングすることができ、特定の機能を示すスクリーニング化合物を配列するために用いられる。

上記実施例は、特定の化合物の組成を識別するために、質量分析を介してスクリーニング可能な１０＾８以上の化合物のライブラリを形成するために用いることができる。具体的な実施例では、形成されたライブラリは、５００万以上のビーズのプレートをスクリーニングするために用いることができる。例えば、ライブラリは、１００フェムトモル（ｆｍｏ）未満の分子のローディングで、直径１０ミクロンのビーズへと固体サポート樹脂をスクリーニングするために用いることができる。さらに、化合物の分子は、１ｆｍｏｌ以上の感度での質量分析を用いて分析することができる。本発明は、複数の実施及び適用によって例証され、それらのうちのいくつかは、以下に例として要約される。当該ライブラリは、サイズが１０＾８又は１０＾９（例えば、何百万、何十億、又はそれ以上）の化合物であり、診断分析を生成するために少なくとも１つのターゲットに対する反応又は相互作用、又は他の目標とする目的／機能（例えば、特定の物理的機能）についてスクリーニングするために用いることができる。

本開示に係る実施の形態は、列挙する具体的な実施例の全ての組み合わせを含む。さらなる実施の形態及び発明の利用可能性についての完全な範囲は、以下に示す詳細な特徴から明らかとなる。しかしながら、本発明の精神及び技術的範囲内での様々な変更及び変更が、当該詳細な説明から当業者にとって明らかになるので、詳細な説明及び実施例は、本発明の好ましい実施の形態を示すが、あくまで例として提示されるものである点、理解され得るところである。本明細書における引用を含む全ての出版物、特徴、及び本明細書で引用される特許出願は、あらゆる目的のために参照として本明細書に取り込まれる。

特許又は出願ファイルは、色付き図面を少なくとも１つ含む。色付き図面を含む本特許又は特許出願の公開公報は、請求及び必要な費用を支払うことで、庁から提供され得る。

様々な例示的な実施の形態は、添付の図面とともに以下の詳細な説明を考慮することでより完全に理解され得る。

様々な実施の形態に係る、複数の分子を含む化合物の一例を示す。 様々な実施の形態に係る、複数の開裂分子の一例を示す。 様々な実施の形態に係る、複数のサブ基を含む分子の一例を示す。 様々な実施の形態に係る、開裂可能基の一例を示す。 様々な実施の形態に係る、複数の化合物のライブラリを形成するプロセスの一例を示す。 様々な実施の形態に係る、複数の化合物のライブラリをスクリーニングするプロセスの一例を示す。 本開示に係る、複数の化合物のライブラリをスクリーニングするために用いるシステムの一例を示す。 様々な実施の形態に係る、化合物の例及び化合物の開裂分子を示す。 様々な実施の形態に係る、化合物の例、及び、ビーズから開裂された結果得られる化合物の質量分析特性を示す。 様々な実施の形態に係る、化合物の例、及び、互いにかつビーズから開裂された結果得られる分子の質量分析特性を示す。 様々な実施の形態に係る、６つの分子を有する化合物の質量分析特性の一例を示す。 様々な実施の形態に係る、８つの分子を有し、１０ミクロンのビーズから開裂された化合物の質量分析特性の一例を示す。 様々な実施の形態に係る、８つの分子から形成された１セットの化合物の一例を示す。 様々な実施の形態に係る、図１３Ａ及び１３Ｂに示す化合物のセットからの質量分析結果の一例を示す。 様々な実施の形態に係る、他の質量分析特性によって区別される、区別不可な分子量を有する２つの分子の質量分析結果の一例を示す。 様々な実施の形態に係る、位相的に分離したポリマービーズの一例を示す。 様々な実施の形態に係る、ポリマービーズを位相的に分離するプロセスの一例を示す。 様々な実施の形態に係る、ポリマービーズを位相的に分離するプロセスの一例を示す。

本明細書で説明する様々な実施の形態は、応用や代替的な形態への変更が可能であり、その態様を例として図面に示すとともに、詳細に説明する。しかしながら、本発明は、説明される具体的な実施に形態に当該発明を限定するものではない点、理解されるところである。これに対し、本開示の目的は、特許請求の範囲によって画定される態様を含む本開示の技術的観点に包含される全ての応用、均等、及び代替をカバーすることである。また、本出願全体に渡り使用する用語「例」は、限定ではなく例示の意味のみである。

本開示の態様は、様々な合成化合物及びその形成方法、並びに質量分析によって互いに区別可能である合成化合物のライブラリを生成する方法に適用可能である。ある実施例では、ライブラリの各化合物は、化合物を形成する分子の質量分析特性の識別によって配列することができる。例えば、ライブラリは、異なる官能基から形成される複数の分子を用いて設計され、各分子は、他の複数の分子と比較して区別可能な質量分析特性を有する。導出される化合物は、次に、どの区別可能な質量分析特性が存在するかを識別するために質量分析を行うことで、配列することができる。本発明は当該用途に必ずしも限定されていないが、発明の様々な態様が、本文脈を用いて、様々な実施例の説明を介して明らかとなる。

従って、以下の説明において、様々な具体的な詳細が、本明細書で示す具体的な実施例を説明するように記載される。しかしながら、当業者にとっては、以下で説明する全ての具体的な詳細なしでもこれらの例についての１つ以上の他の例及び／又は応用が実施し得る点、明らかである。他の例においては、よく知られている特徴については、本明細書における例についての説明の明瞭化のため、詳細には説明しない。理解の容易化のため、同一要素又は同一要素の追加の例について、異なる図面において同一の参照符号を付す場合がある。

本開示に係る様々な実施の形態は、スクリーニング又は他の目的のために用いられる合成化合物のライブラリを設計及び／又は形成する技法に関する。ライブラリは、複数のポリマービーズを含み、各ビーズは、それに付着する異なる化合物を有する。より具体的には、ライブラリは、複数の分子の異なる配列の組み合わせを含む複数の合成化合物を含む。ライブラリは、ターゲットに対する化合物の反応又は相互作用をスクリーニングし、診断分析を生成し、及び／又は特定の官能性を提供する新たな化合物を識別することに用いることができる。各化合物は、公知の質量分析特性であって、他の複数の分子の質量分析特性に対して区別可能（例えば、固有）な質量分析特性を有する複数の異なる分子から形成される。区別可能又は固有な質量分析特性は、本明細書で用いるように、分子及び／又はサブ基のセットにおける他の値からの閾値によって分離可能な質量分析特性の値を含み、又は指す。（例えば、ターゲットに反応する）ヒットである各化合物は、化合物を形成する分子の質量分析特性によって識別され、当該化合物は、分析、治療、又は他の目的に使用され得る。

ヒットである化合物の分子の質量分析特性は、質量分析を行うことで読み出されるバーコードとして作用する。例えば、ライブラリにおける各化合物を形成するために用いられる分子は、質量分析を用いて識別可能な異なる（及び公知の）分子量、フラグメンテーションパターン、溶出時間、及び／又は同位体分布を有する。各質量分析特性は、例えば、マップ、キー、又は他の関連付けを介して各分子をマッピングすることができ、各分子は、ライブラリにおいて形成される化合物の配列内の位置に割り当てられる。本明細書でさらに示すように、分子は、様々な官能基等の複数のサブ基から形成される。各サブ基は、追加で、区別可能な質量分析特性を有し、ライブラリにおける分子の配列内の位置に割り当てられる。質量分析特性は、従って、分子自体、化合物の配列内の分子の位置、さらには分子を形成するサブ基の配列を識別する。

反応させたビーズは、開裂及び質量分析の実行を介してビーズから化合物及び分子を互いに分離することにより、各化合物を区別するために用いることができる。識別された質量分析特性は、ライブラリにおける潜在的な分子の潜在的な、又は、公知の質量分析特性と比較され、化合物の配列（例えば、各分子を形成するサブ基の配列における識別を含む、化合物を形成する複数の分子の配列）を識別するために用いられる。本開示に係る、形成されるライブラリは、１０＾８から１０＾９又はそれより多い化合物上にあり、直径１０ミクロン等のサブ９０ミクロン直径のビーズを含むことができる。ライブラリは、本明細書でさらに説明するように、光学式スキャナを用いてスクリーニング可能である。

上記ライブラリを形成するために、様々な実施の形態は、ミクロンサイズのビーズ上の合成化合物のライブラリを設計しスクリーニングする、ことを含む。ライブラリは、医薬品、試薬、センサ、又は物質等の様々な機能を区別するためスクリーニングすることができる。合成化合物は、ポリマー又はオリゴマーを含み、本明細書で「分子」と称される複数の開裂可能なフラグメントから形成される。開裂可能なフラグメントは、化合物を形成する分子の配列を画定する質量分析特性を有する。ライブラリは、異なるサブ基から形成される分子（例えば、開裂可能なフラグメント）を設計する論理回路を用いて、複数の分子を分析してその質量分析特性を決定し、その質量分析特性に基づいてライブラリにおいて用いる少なくともいくつかの分子を選択し、ライブラリにおける化合物の配列内の位置に選択された各分子を割り当てることで形成可能である。分子は、論理回路のメモリ回路において、割り当てられた位置と関連付けされる。ライブラリは、選択した分子を用いて、それらの割り当てられた位置に基づいて複数の化合物を合成することにより、及び／又は選択した分子及び割り当てられた位置を用いて、メモリ回路に記憶されるデータオブジェクトとして複数の化合物のそれぞれを定義することにより、形成可能である。分子は、選択した分子の全ての質量分析特性が、例えば、それらの分子量が少なくとも５パーツパーミリオン（ｐｐｍ）離間するように、他の選択された分子から区別可能であることを確実にするために選択可能である。実施の形態はこの場合に限定されず、質量分析特性を分ける異なる閾値を含むことができる。用いる分子を選択し、各位置を割り当てた後、化合物は、少なくともいくつかの分子間に位置する開裂可能基を備えた複数の分子からなるビーズ上の化合物を合成するために混合及び分離合成の組み合わせによって合成可能である。開裂可能基は、化合物のバックボーンに挿入され、合成における各混合及び分離ステップで各分子（例えば、ＰＴｙｃｈ）間に位置することができる。

理解され得るところであるが、ライブラリは、メモリ回路内にデータとして設計されて記憶することができる、及び／又は物理的な化合物となり得る。例えば、ライブラリは、論理回路を用いて設計することができ、論理回路のメモリ回路データに（例えば、データオブジェクトとして）記憶することができる、及び／又は、当該論理回路で通信可能である。他の実施例において、ライブラリは、物理的に形成された化学構造（データに格納されないが、形成される物理的な化学構造の集合物である）のライブラリを含むように設計及び物理的に形成される。

様々な実施の形態において、分子は、１セットの候補となる分子を設計して当該１セットの候補となる分子から複数の分子を選択することで選択される。各分子は、複数のサブ基から形成される単一の単位へと開裂されるように設計される。互いに対して区別可能な質量特性を示す複数のサブ基が選択され、複数のサブ基のそれぞれは、候補となる分子のセットの配列における位置に割り当てられ、及び／又は、（割り当てられた）位置はメモリ内で関連付けされる。上記のように、区別可能な質量分析特性を示す複数の分子が、候補となる分子から選択される。複数の実施の形態において、分子及び／又は化合物の設計（例えば、サブ基を選択すること、異なる候補となる分子を設計するため分子内の位置にサブ基を関連付けすること、分子を選択すること、及び化合物内の位置に分子を関連付けすること）は、論理回路を用いて行うことができ、上記のようにメモリ回路に記憶可能である。しかしながら、実施の形態はこの場合に限定されない。

具体的な実施の形態として、ライブラリが１０の分子から形成される化合物とともに設計されており、各分子が３つのサブ基から形成される場合を想定する。また、ライブラリは、合計３５のサブ基とともに設計されており、５つの潜在的なサブ基が分子の５つの第１の位置にあり、１５の潜在的なサブ基が分子の第２及び第３の位置にある場合を想定する。分子内の各位置における潜在的なサブ基のセットを用いて、サブ基の配列及び分子の質量分析特性を有する候補となる分子のセットが設計され、これは、分子を形成するサブ基の質量分析特性の総計に基づいている。ライブラリにおいて、用いられる区別可能な質量分析特性を有する複数の候補となる分子のセットが選択される。上記のように、当該実施例において、ライブラリ内の各化合物は、分子について１０の位置を有し、第１の位置がビーズに最も近く、第１０の位置がビーズから最も遠い。各位置は、１０の潜在的な分子を有するように設計され、それによって固有の分子量及び／又は他の異なる質量分析特性を有する合計１００（例えば、１０×１０）の異なる分子が得られる。さらに、各化合物は、合計３０のサブ基（例えば、１の分子当たり１０の分子×３つのサブ基）を含む。所望の機能が得られると考えられる特定の化合物を区別するために、ライブラリは、１０^１０の異なる化合物を含むことができるが、１００の異なる質量分析特性のみ（例えば、１００の分子量、１００のフラグメンテーションパターン、又は１００の同位体分布、及び／又は、分子量、フラグメンテーションパターン、溶出時間及び／又は同位体分布の様々な組み合わせ）がスキャンされ、これは、各分子が特定の位置に関連付けされているため、１００の異なる分子を表わす。質量分析特性は、分子の固有性及び化合物内の分子の位置の両方をマッピングし、化合物の全組成を識別するために用いることができる。例えば、各分子は、メモリ回路に格納されたマップのように、分子を形成するサブ基の配列にマッピングすることができる。質量分析特性が分子の配列及び分子を形成するサブ基の配列における両方を包む合成化合物の組成を識別することに用いられるので、検出感度は、現在の検出を１ｆｍｏｌに制限可能な質量分析装置及び／又は技法（例えば質量分析計）の機能であるか、又は、それによって制限される。当該検出感度は、９０ミクロン未満のビーズ、例えば、１０ミクロンのビーズを用いることを許容し、また、寸法が１０＾８又は１０＾９（例えば、数百万又は数十億）の化合物のライブラリのスクリーニングを許容する。

様々な関連する実施の形態において、ライブラリを形成するために用いられる分子は、ライブラリを形成する前にパターン化され、エラー制御として用いられる。例えば、質量分析は、ライブラリの後のスクリーニングのための比較用の基準を形成するために、選択された各分子に実行することができる。結果は、分子量、フラグメンテーションパターン、溶出時間、同位体分布、及び／又は同位体分布に関連する場合にクロマトグラフィー保持時間についての基準を提供することができる。これらの基準は、結果がバックグラウンドノイズではないことを確実なものとするために用いることができる。このように、連続的にスクリーニングを実行することができ、化合物の形成は、いくつかの実施の形態において、分子量、フラグメンテーションパターン・同位体分布及び／又はクロマトグラフィー保持時間によって識別可能である。

合成化合物のライブラリは、特定の機能を有する新たな化合物についてのスクリーニングのために用いることができる。ライブラリは、ターゲットへのスクリーニング化合物の反応又は相互作用をスクリーニングし、スクリーニングの目的のために診断分析を生成し、及び／又は特定の機能を提供する新たな化合物を識別するために用いることができる。（例えば、ターゲットに対して反応する）ヒットである各スクリーニング化合物は、分離した分子へと化合物を開裂し、導出される溶液に対して質量分析を実行することにより識別される。例えば、ライブラリ内の各化合物は、複数の分子のサブセットの固有の配列から形成され、各分子は、複数のサブ基のサブセットの固有の配列から形成される。各質量（又は、導出されるフラグメンテーションパターン、溶出時間、同位体分布、及び／又はクロマトグラフィー保持時間）は、マップ、キー又は他の関連付けを介して、例えば、各分子、化合物配列における分子の位置、及び分子を形成するサブ基の配列にマッピング可能である。反応させたビーズは、ビーズからの化合物を分離し、溶液内で化合物を形成する各分子を互いに分離し、溶液に質量分析を行ない、また分子のサブセットを示す質量を識別することにより、化合物、化合物の配列における各位置（へのマッピング）、さらには分子を形成するサブ基の配列を識別することに用いられる。

複数の具体的な実施の形態において、上記方法及び／又はポリマービーズは、１０＾８から１０＾９（又はそれ以上）の合成化合物のライブラリを生成するために用いることができる。各化合物は、単一のポリマービーズに付着される。ライブラリは、光学式スキャナ等を用いてターゲットに対するヒットについてスクリーニングすることができる。光学式スキャナの一例は、光ファイバースキャナであり、光ファイバー束のアレイ、レーザ、及び光ファイバー配列スキャン技術（ＦＡＳＴ）等のイメージング回路（例えば、カメラ）を含む。ＦＡＳＴ技術は、スキャンレーザでビーズを含む平面を「複写」するコンセプトに基づき、高密度にパッケージ化された光ファイバーアレイの束を用いてプレートの高解像度画像を収集する。ＦＡＳＴシステムは、毎分１００万～２５００万個のセルの速度での急速スキャンを許容する。ＦＡＳＴシステムの例についてのより具体的かつ一般的な情報については、ＨｓｉｅｈＨＢ、ＭａＲＲｉＮｕｃｃｉＤ、ＢｅＴｈｅｌＫ ｅｔ ａｌ．「循環腫瘍細胞の高速検出」、バイオセンサ及びバイオエレクトロニクス、２００６年、２１:１８９３－１８９９及びＫＲｉｖａｃｉｃＲＴ、ＬａｄａＮｙｉＡ、ＣｕＲＲｙＤＮ ｅｔ ａｌ．の「癌についての稀な細胞の検出器」、ＰＲＯｃＮａＴｌＡｃａｄＳｃｉＵＳＡ、２００４年、１０１:１０５０１－１０５０４を参照し、それらの全体が参照として本明細書に組み込まれる。

分析は、特定の機能を示す化合物を識別するためにビーズを用いて実行することができる。具体例において、分析は、タンパク質への結合、酵素の抑制、細胞を中和又は殺す、その他の機能について用いることができる。分析は、特定の機能を示す化合物を識別するためにスクリーニングでき、識別された化合物は、分離することができる。例えば、検出された活動は、光学式スキャナを用いて分析の蛍光性の読み出しによって評価される。特定の機能又は活動を示し得る識別されたビーズは、スキャンに基づいて識別され、スキャンプレートから除去され、選択回路を用いてウェル又はチューブ内に配置される。除去したビーズは、ビーズ上に化合物をリリースし、かつ上記のように開裂によって化合物を形成するために用いられる分子を分離するためさらに処理される。分子の各質量分析特性は、マップ、キー又は他の関連付けによって、例えば分子及び化合物の配列における位置にマッピングされ、これは、合成化合物を配列するために用いられる。

様々な関連する実施の形態においては、合成化合物は、スクリーニングする化合物を識別するためのバーコードとして用いられる。「合成コード化化合物」とも称される合成化合物は、固有の質量分析特性を有する複数の分子のサブセットから形成され、ライブラリにおいてビーズの内部に位置する。合成物である、スクリーニング化合物は、ビーズの外部に位置する。合成コード化化合物の各質量分析特性は、スクリーニング化合物にマッピングすることができ、ライブラリのスクリーニングに反応する特定の機能を示すスクリーニング化合物を配列するために用いられる。

本明細書において明らかとなり、また用いられるように、ポリマービーズは、円錐、楕円、偏球、及び長球形状等の三次元の形状に形成された高分子材料を含み、又は指す。化合物（「スクリーニング化合物」とも称する）は、ターゲットへの結合、ターゲットを中和又は殺し、及び／若しくは物理的特性の提供、その他の機能等の異なる機能について試験をするために用いられる、ライブラリ内に形成されるオリゴマー又はポリマーを含み、又は指す。合成化合物のライブラリは、上記のように、複数の合成化合物を含み、又は指し、メモリ回路内にデータとして設計されて記憶可能であり、及び／又は、様々な機能についてスクリーニングするために合成されて用いられる物理的な化学物質であり得る。いくつかの具体的な実施の形態において、物理的な化学物質は、それぞれ、ポリマービーズに接続される。従って、ある具体的な実施の形態においては、合成化合物のライブラリは、複数の異なるポリマービーズを含み、各ビーズは、異なる物理的に形成された合成化合物に結合される。「Ｐｔｙｃｈ」とも称される分子は、互いに結合した１セットのサブ基を含み、又は指す。本明細書において説明するように、分子は、質量分析特性を介して互いに区別可能であり、複数のサブ基から形成可能である。サブ基は、モノマー又は官能基を含み、又は指す。複数のサブ基は、異なる機能的な特性を示す。官能基は、分子の特徴的な化学反応の原因である、分子（例えば、ポリマービーズ）内の原子及び／又は結合の基を含み、又は指す。開裂可能基は、化学的に互いから分離した分子及び／又はビーズからの化合物へと開裂する官能基を含み、又は指す。様々な実施の形態においては、開裂可能基は、複数の分子の１つ以上のサブ基である。質量分析特性は、化合物、分子、及び／又は分子の混合物に質量分析を行うことで観察される特性又は値を含み、又は指す。質量分析特性の例は、分子量、フラグメンテーションパターン、溶出時間、同位体分布、及びクロマトグラフィー保持時間（例えば、クロマトグラフィー維持同位体分布）を含む。合成コード化化合物とも称されるコード化化合物は、ペプチド、オリゴマー、ポリマー、又はスクリーニングされる各化合物をラベリングする化合物若しくは分子その他の配列を含み、又は指す。様々な実施の形態において、コード化化合物は、区別可能な分子を用いて設計された上記の化合物である。合成スクリーニング化合物とも称されるスクリーニング化合物は、タンパク質に結合する等の活動の機能をスクリーニングするために用いられる化合物を含み、又は指す。スクリーニング化合物は、様々な実施の形態において、区別可能な分子を用いて設計された上記の化合物を含む。他の実施の形態において、スクリーニング化合物は、他の技法を用いて設計される。位相的に分離した旨の表現は、異なる分子及び／又は化合物を含む、内面及び外面を有するポリマービーズを含む又は指す。ポリマービーズの外面は、ポリマービーズの外部を含む又は指し、これは、周辺環境及び／又は溶液と接し得る。ポリマービーズの内面は、ポリマービーズの内部を含む又は指す。例えば、内面は、中空ビーズの中空凹部として定義することができる。保護基は、官能基（例えばＮＨ２）の化学的改良によって続く化学反応において化学選択性を得るために別の化合物及び／又は分子へ導入される化合物及び／又は分子を含み、又は指す。保護された基は、保護基によって保護される分子又は化合物を含む又は指し、官能基又はそのフォームを含んでよく、「保護された官能基」とも同義で称される。脱保護基は、保護基を除去するために用いられる化合物及び／又は分子を含む又は指す。例えば、脱保護基は、化学的に化合物及び／又は保護基を変化させて保護基を除去、及び／又は官能基（例えば、脱保護された基）を得ることに用いることができる。脱保護された基は、「脱保護された官能基」とも同義で称される。脱保護された基又は脱保護された官能基は、脱保護基と、保護された基を有する別の分子又は化合物を反応させることにより形成される、導出される分子又は化合物を含み、又は指し、これは、官能基を露出させる。保護された基及び脱保護された基（例えば、保護又は保護されない官能基）は、それぞれ、ＮＨやＮＨ_２等のアミン基の異なるフォームを含んでよい。分子内の位置にサブ基を割り当て及び／又は化合物内の位置に分子を割り当てることは、各サブ基又は分子が、関係付けされた位置の識別又は選択を含み、又は指す。メモリ回路において、分子内の位置へサブ基を相関させる及び／又は化合物内の位置へ分子を相関させることは、メモリ回路において、サブ基／分子と各位置との関連付け（例えば、データオブジェクト、表、マップ）を記憶することを含む又は指す。

ここで、図面を参照すると、図１は、様々な実施の形態に係る、複数の分子を含む化合物１００の一例を示す。化合物１００は、複数の分子Ｔ１～Ｔ８から形成され、ポリマービーズ１０２に結合される合成高分子又はオリゴマーを含む。分子Ｔ１～Ｔ８は、化合物の鎖に沿って分子Ｔ１～Ｔ８のうち少なくともいくつかの間に開裂可能基を導入することで、化学的に多様であり、配列することができるように設計される。図３に詳細に示されるように、各分子は、化学的多用性を提供する複数のサブ基を含む。

様々な実施の形態は、ライブラリとして、複数の異なる化合物を形成することを含む。当該ライブラリは、１０＾８又は１０＾９（例えば、数百万又は数十億）の化合物のサイズであり、少なくとも１つのターゲットに対する反応又は相互作用のためのスクリーニング、診断分析の生成、又は他の目標とする目的／機能について用いることができる。ライブラリは、区別可能な質量分析特性を備えるフラグメントへと化合物を開裂できるようにコンピュータ設計アプローチを用いて設計される。複数の合成化合物は、複数の分子の異なる配列における組み合わせを含むことができる。いくつかの実施の形態においては、ライブラリにおける各化合物は、既知の混合及び分離合成技法を用いて形成される少なくともいくつかの分子の間に位置する開裂可能基を備える複数の分子を含む。化合物は、「Ｐｔｙｃｈ」とも称される場合があり、それぞれが異なる質量分析特性、例えば分子量、フラグメンテーションパターン、溶出時間、及び同位体分布等、を有する複数の分子を用いて形成される。様々な実施の形態において、分子は、また、異なるクロマトグラフィー保持時間を有し得る。ライブラリは、区別可能な質量分析特性を備える各分子がライブラリにおける化合物の配列における異なる位置又は順序に関連付けされるように、設計される。いくつか例において、分子の質量分析についての解析（例えば、特定の分子量の読み出し）は、分子を形成するサブ基の配列を含む、分子の組成又は同一性と、化合物における分子の位置を識別する。

図２は、様々な実施の形態に係る、図１に示す化合物１００の複数の開裂分子Ｔ１～Ｔ８の一例を示す。ライブラリの化合物は、異なる機能についてスクリーニングし、また特定の機能を示すことが可能な新たな化合物を識別するために用いることができる。上記のように、化合物は、分子のうちの少なくともいくつかの間に開裂可能基を持つよう設計される。機能を示す化合物は、ビーズから化合物を除去し、及び／又は、複数の分子Ｔ１～Ｔ８を互いに分離するよう１つ以上の開裂を行って、溶液に質量分析を実行することにより、質量分析を介して配列することができる。具体例として、化合物が付着された、図１に示す化合物１００を有する分離されたビーズは、溶液内で互いに分離された分子Ｔ１～Ｔ８の溶液２０３となる、化合物を開裂する溶液に接するよう配置される。開裂は、化学的、物理的（例えば、温度）、光誘起、及び／又は生物学的／酵素的方法、その他の技法によって行うことができる。溶液の一例は、ＮａＯＨ及びトリフルオロ酢酸（ＴＦＡ）、その他の開裂溶液である。

分子Ｔ１～Ｔ８の混合物を包む溶液２０３は、化合物の組成を識別するために分析可能である。例えば、溶液２０３内の質量分析特性を識別するために、溶液２０３に質量分析を行う。各割り当てられた位置において、複数の潜在的な分子の既知の質量分析特性を検索することができる。マッチングに応じて、質量分析特性は、化合物の配列順序及び分子を形成するサブ基の配列順序の両方における分子の位置と、分子を識別する。

図１及び２に示す例を用いると、化合物１００は、８つの異なる位置に８つの分子（例えば、分子Ｔ１～Ｔ８）を含む。８つの位置のそれぞれにおいて、化合物のライブラリが１セットの８つの潜在的な分子を含むと仮定する。溶液２０３に対して質量分析を実行することに応じて、化合物１００の組成を識別するため、６４（例えば８つの潜在的な分子×８つの位置）の異なる質量分析特性が、質量分析結果と比較される。当該例の数を用いて生成されたライブラリは、他方では、８８の異なる化合物を含むことができる。図２に示す例において、質量分析結果は、化合物の配列における特定の位置及び各分子Ｔ１～Ｔ８を形成するサブ基の配列にそれぞれマッピングされる分子Ｔ１～Ｔ８を識別する。当該結果は、図１に示す化合物１００の配列を、複数の分子Ｔ１～Ｔ８（質量分析結果を得るのに必ずしも正しい順序である必要はない）の混合物を含む溶液２０３から識別することを許容する。

質量分析特性（例えば、分子量、フラグメンテーションパターン、溶出時間及び／又は同位体分布）は、従って分子の同一性及び化合物内の分子の位置の両方をマッピングし、化合物を形成するサブ基の配列における順序を含む化合物の完全な組成を識別可能である。このように、分子の質量分析特性は、合成化合物の組成を識別するバーコードとして作用することができる。

図３は、様々な実施の形態に係る、複数のサブ基３１０、３１２、３１４及び３１６を含む分子の例３０７を示す。上記のように、ライブラリは、区別可能な質量分析特性を有する複数の異なる分子の設計により形成される。異なる分子は、サブ基（例えば、官能基又はモノマー）から形成される。１つ以上のサブ基は、異なる機能を発揮するか、又は化学的多様性を提供するように設計される。

分子又はｐｔｙｃｈｓは、分子内のサブ基の数を示すＰｔｙｃｈの前のプレフィックスとともに称することができる。例えば、４つのサブ基（例えば、官能基又はモノマー）から形成される分子は、Ｔｅｔｒａｐｔｙｃｈと称することができ、３つのサブ基から形成される分子は、Ｔｒｉｐｔｙｃｈと称することができる。図３の具体例に示すように、分子３０７は、４つのサブ基３１０、３１２、３１４及び３１６を含み、ポリマービーズ３０８に結合される。サブ基３１０、３１２、３１４及び３１６のそれぞれ又は少なくともいくつかは、異なる機能を提供する。例えば、第１のサブ基３１０は、配列における位置を示す基を含み、第２のサブ基３１２は、ＤＨＱモノマーを含み、第３のサブ基３１４は、アミノ酸（Ｄアミノ酸）を含み、第４のサブ基３１６は、開裂可能基を含むことができる。提供される様々な機能は、開裂、タンパク質への結合、他のターゲットへの結合等、を含むことができる。開裂可能基は、具体的な実施の形態において、溶液に対する反応に応じて開裂される基である。別の開裂可能基は、ポリマービーズ３０８に分子３０７を結合することができる。開裂可能基の一例は、ＮａＯＨを含む溶液に接するよう配置されることに応じて開裂可能なポリアクリルアミド（ＰＡＭ）である。

図４は、様々な実施の形態に係る、開裂可能基４１４の一例を示す。図示するように、開裂可能基４１４は、ＮａＯＨを含む溶液に接するよう配置された際に開裂可能なＰＡＭを含む。異なる種類のＰＡＭは、図４に示すように異なるＲ基を含むことができる。

図５Ａ～５Ｂは、様々な実施の形態に係る、複数の化合物のライブラリを形成するプロセスの一例を示す。図５Ａに示すように、５２０において、異なるサブ基を含む、複数の異なる分子が設計される。複数の異なる分子は、図５Ｂに関連してさらに図示及び説明するように、化学的な多様性を提供するように設計することができる。５２２において、複数の分子のサブセットは、それらの分子の分光測定特性に基づいて選択される。例えば、サブセットは、複数の分子の分子量の計算、及び互いに区別可能な分子量を有する分子の選択により、選択可能である。いくつかの実施の形態において、選択された分子は、他の選択された分子の分子量から少なくとも５ｐｐｍ分離した分子量を有する。実施の形態は当該具体的な実施の形態に限定されず、質量分析を複数の分子に対して行ってよく、サブセットは、区別可能なフラグメンテーションパターン又は溶液時間に基づいて選択される。

様々な具体的な実施の形態において、質量分析は、分子のサブセットに対して行われ、エラー制御として用いられる。例えば、質量分析をすることで、フラグメンテーションパターン、溶出時間、及び同位体分布等の質量分析特性を識別することができ、これは、続く質量分析解析でのバックグラウンドノイズからの区別に用いることができる。

選択された分子は、各化合物が同数の分子によって形成された状態で、複数の異なる化合物を形成するよう用いられる。実施の形態はこの場合に限定されず、化合物は、異なる数の分子から形成することもできる。ライブラリは、５２４において、各化合物について連続する分子の数（例えば、各化合物がどれだけの数の分子で形成されるか）を選択し、候補となる化合物の配列における位置に各分子を割り当てることで設計される。各位置は、当該位置に割り当てられる１セットの潜在的な分子を有することができる。例えば、化合物は、図５Ａの例示的な実施の形態に示すように、順に５つの分子を有するよう選択される。ビーズに最も近い第１の位置は、１セットの潜在的な分子３、１０、１２、及び１７を有する。第２の位置は、１セットの潜在的な分子１、４、９、及び１５を有する。第３の位置は、１セットの潜在的な分子５、７、１４、及び１９を有する。第４の位置は、１セットの潜在的な分子２、８、１３、及び２０を有し、また、第４の位置は、１セットの潜在的な分子６、１１、１６、及び１８を有する。

次に、分子は、各位置での潜在的な分子のセットを用いて化合物を設計することにより、化合物のライブラリを形成するよう用いられる。図５Ａに示す例を用いて、ライブラリは、５^５の異なる化合物を有することができる。例えば、５２６において、化合物は、異なるサブ基及び／又は分子を互いに結合するカップリング化学を用いて形成される。各分子間には、溶液内で各分子を分離するために用いることが可能な開裂基を含む。

選択された分子は、各化合物が同数の分子によって形成された状態で、複数の異なる化合物を形成するよう用いることができる。例えば、複数の化合物は、５つの分子の連続によって形成される。図５Ａの実施の形態は、各化合物を形成するため特定の数の分子を図示しているが、実施の形態はこの場合に限定されず、異なる化合物を形成する、異なる数の分子を含むこともできる。更に、実施の形態は、図示するように、各位置における分子の数及び／又は潜在的な分子の数に限定されない。様々な実施の形態は、（各位置における潜在的な分子の数）の（化合物における位置の数）でのべき乗に基づいたサイズで形成されるライブラリを含む。化合物は、様々な実施の形態において、ポリマー又はオリゴマーであってよく、２－４０以上の分子長の間にあってよい。

図５Ｂは、例えば図５Ａの５２０において示した異なるサブ基を含む複数の異なる分子を設計するプロセスの一例を示す。５２１において、複数の異なるサブ基が識別される。複数の異なるサブ基は、互いに対して区別可能な質量分析特性（例えば、質量）を有する。他の実施の形態において、区別可能な質量分析特性を有する複数のセットが選択される。５２３において、区別可能な質量分析特性を有する複数のサブ基のそれぞれは、候補となる分子の配列における位置に割り当てられる。図５Ｂに示す具体例として、各分子には、３つのサブ基があり、３つの潜在的なサブ基が第１の位置（例えば、サブ基Ａ、Ｃ、及びＨ）にあり、５つの潜在的なサブ基が第２の位置（例えば、サブ基Ｂ、Ｄ、Ｆ、Ｊ、及びＫ）にあり、５つの潜在的なサブ基が、第３の位置（例えば、サブ基Ｅ、Ｇ、Ｉ、Ｌ、及びＭ）にある。Ｔｒｉｐｔｙｃｈとも称することができる各分子は、候補となる７５の選択肢（例えば、３×５×５）のうちの１つとなり得る。

５２５において、区別可能な質量分析特性を示す、候補となる分子のセットのサブセットが選択される。例えば、候補となる分子のセット内の分子についての質量分析特性は、各分子を形成するサブ基の質量分析特性を合計することで決定される。閾値によってサブセット内の他の分子の質量分析特性とは異なる、又は分離可能な質量分析特性を示す、候補となる分子のサブセットが選択される。例えば、各候補となる分子についての最も近い質量分析価値の違いが計算され、サブセットを選択するために用いられる。質量分析特性は、分子の配列及び分子を形成するサブ基の配列における両方を含む合成化合物の組成の識別に用いられるので、検出感度は、質量分析方法の機能、又は能力の制限であり、これは、現在、検出を１ｆｍｏｌに制限する。

具体例として、表１は、化合物のライブラリを形成するために用いられる分子を設計するために用いられる１セットのサブ基の設計例を示す。

表に示すように、サブ基は、３つのサブ基を有する分子を形成するために用いられ、各サブ基は、候補となる分子内の位置（例えば、位置１、位置２、及び位置３）に割り当てられる。サブ基の割り当てられた位置は、例えば、メモリ回路に表１を記憶することにより、論理回路のメモリ回路内で相関させることができる。表１は、従って、候補となる分子を形成するために用いられるサブ基の１セット、候補となる分子内のそれらの割り当てられた位置、及びそれらの質量分析特性を識別する。分子を用いて、合計で１１２５個の候補となる分子（例えば、５×１５×１５）、及びそれらの算出された質量分析特性（例えば、各分子を形成するサブ基の質量の合計）となる、候補となる分子のセットを含む別の表を形成可能である。さらに、候補となる分子の質量分析特性は、区別可能な質量分析特性を有する候補となる複数の分子を識別するため比較することができる。いくつかの具体的な実施の形態においては、各分子の質量分析特性と、別の候補となる分子の最も近い質量分析特性との間のｐｐｍの相違が判別され、閾値（例えば、他の質量より少なくとも５ｐｐｍ異なる質量）だけ互いに異なる又は分離可能な質量分析特性を有する分子を選択するために用いることができる。

ライブラリを設計するプロセスは、複数のサブ基を含む複数の分子を、論理回路を用いて選択し、論理回路のメモリ回路内において複数の合成化合物の配列における位置に複数の分子を関連付けさせ、カップリング化学又は特定の機能のスクリーニングを介して、他の回路と通信して複数の分子を形成するため当該分子の相関位置を用いてメモリ回路内の質量分析を介して配列可能な複数の合成化合物を定義する（又は、当該合成化合物を含むデータオブジェクトを形成する）、ことを含む。いくつかの実施の形態においては、論理回路は、ライブラリを形成及び／又はスクリーニングするため用いることができる、及び／又は論理回路は、ライブラリの形成及び／又はスクリーニングのため他の（外部の）回路と通信可能である。例えば、論理回路は、他の回路に、定義された複数の合成化合物、及び配列における位置を有する分子の相関を含む１つ以上のデータオブジェクトを通信可能である。本明細書で用いるように、データオブジェクトは、データ構造、機能、又は、テーブル、インデックス、及び／又は値を有して識別子によって識別されるメモリ内の位置等の変数や所定の位置にデータを記憶又は参照する方法、を含む又は指す。他の回路又は論理回路は、カップリング化学を介して、メモリ回路内の定義に基づいて複数の合成化合物を形成し、及び／又は特定の機能について複数の合成化合物のライブラリをスクリーニングするために用いることができる。

様々な実施の形態において、ライブラリを設計及び／又はスクリーニングするプロセスは、他の設計技法又は他の設計されたライブラリよりも、より少ない論理回路の処理リソース及びメモリリソースを利用可能である。ライブラリは、（各位置での潜在的な分子の数）を（化合物における位置の数）でべき乗の関数として定義されるサイズで形成できるが、生成及び／又は記憶されたマッピングデータの量は、用いられた分子の数の関数であり、これは、各化合物及び／又は分子を形成するサブ基の各配列へのマッピングと比べて少ないデータサイズである。マッピングデータは、分子、化合物の配列における分子の位置、及び分子を形成するサブ基の配列を識別する。いくつかの実施の形態においては質量分析回路と通信する同一の論理回路又は他の回路を含む、ライブラリのスクリーニングからの結果を分析する回路は、質量分析結果を、質量分析特性を分子、配列における位置及び分子の配列におけるサブ基に相関させるマップと比較することができる。論理回路と同様に、質量分析結果を回路で分析することに用いられる処理リソースについては、回路が複数の潜在的な分子の既知の質量分析特性をサーチし、及び／又は質量解析結果と比較するので、他の設計されたライブラリと比べて減らすことができる。具体例として、ライブラリは、所望の機能があると考えられる特性の化合物を識別するため、１０^１０の異なる化合物を含むことができるが、１００の異なる質量分析特性（例えば、１００の分子量、１００のフラグメンテーションパターン、１００の溶出時間、１００の同位体分布、及び／又はそれらの様々な組み合わせ）がスキャンされる。

図６は、様々な実施の形態に係る、複数の化合物のライブラリをスクリーニングするプロセスの一例を示す。ライブラリ６３０は、図５Ａ及び５Ｂに示すプロセスを用いて形成されたライブラリを含むことができる。６３１において、化合物のライブラリを、ターゲットと反応させ、これは、ラベリングされ得る。分析等のスクリーニングプレート上で化合物を反応させることができ、反応させなかった物質は洗い流される。６３３において、スクリーニングプレートは、光学式スキャナを用いて、ヒットについてスクリーニングされる。例えば、スクリーニングプレートは、ラベリングされたターゲットへの結合等の特定の機能を示す化合物を識別するためスキャン可能である。６３５において、ヒットが識別され、化合物が選択回路を用いて取り除かれて固定される。選択回路の一例は、（例えば、マニュアルピッキングのための）グラスキャピラリ、及び／又は、ＡＬＳＣｅｌｌＣｅｌｅｃｔｏｒ又は蛍光活性化された細胞ソーティング機器を用いるフローソーティング等の、自動ピッキングのためのキャピラリエクストラクタを含む。６３７において、分離された化合物は、ビーズから化合物を除去及び／又は分子を互いに分離するために開裂される。開裂は、化学的、物理的（例えば、温度）、光誘起、及び／又は生物学的／酵素的方法を介して行うことができる。開裂により、溶液内で互いに分離された分子の混合物が得られる。当該混合物は、化合物を形成する分子の質量分析特性を識別するため６３９で質量分析を行うことで、化合物の配列（例えば、化合物において分子がどの順序にあるか）を識別するために用いることができる。６４１において、質量分析特性は、化合物内の分子、化合物の配列における各分子の位置、及び各分子を形成するサブ基の配列順序の識別を含む、化合物の順序付けに用いられる。例えば、上記のように、質量分析特性は、分子、化合物の配列における各位置及びサブ基の各配列における識別をマッピングする。

図７は、本開示に係る、複数の化合物のライブラリをスクリーニングするために用いられるシステムの一例を示す。図示するように、システム７５０は、光学式スキャナ７５２と、スクリーニングプレート７５８と、選択回路７５４と、ウェル及び／又はチューブ７５９と、質量分析回路７５６と、を備える。上記の方法及び／又はポリマービーズは、１０＾８から１０＾９（又はそれ以上）の化合物のライブラリを生成するため用いることができる。ライブラリを、光学式スキャナ７５２を用いて、ターゲットに対するヒットについてスクリーニングすることができる。光学式スキャナの一例は、上記のように、光ファイバー束アレイを含む光ファイバースキャナ、レーザ、及びＦＡＳＴ等のイメージング回路（例えば、カメラ）である。分析は、化合物を識別するために、特定の機能についてビーズを用いて行うことができる。分析は、タンパク質を結合、酵素を抑制、及び／又は細胞を中和若しくは殺す、その他の機能について用いることができる。検出された活動は、光学式スキャナ７５２を用いて、分析の蛍光性の読み取りによって評価される。特定の機能又は活動を示すと考えられる、識別されたビーズは、スキャンに基づいて識別され、スクリーニングプレート７５８から除去され、選択回路７５４（例えば、ロボット）を用いてウェル又はチューブ７５９に配置される。除去されたビーズは、さらに、ビーズから化合物を解離し、任意であるが、個々の分子となるように、さらに処理される。次に、溶液内の分子は、分子、化合物の配列における各分子のそれぞれの位置、及び各分子を形成するサブ基の各配列を識別するために、質量分析回路７５６を用いて読み取られる。

上記のように、論理回路等の回路は、質量分析回路７５６と通信可能であり、質量分析プロセスの結果を受信可能である。回路は、ライブラリの化合物の各位置における潜在的な分子及び各質量分析特性を識別するマップを受信する又は備える。マップ及び／又はデータは、また、潜在的な各分子を形成するサブ基の配列を識別可能である。質量分析回路７５６から結果を受信することに応じて、回路は、化合物内の分子の配列順序、及び化合物を形成するサブ基の配列順序を識別するために、マップ内の質量分析特性と受信した結果とを比較する。

本開示に係る実施の形態は、合成化合物のライブラリ、当該ライブラリを形成する方法、及び特定の機能を有する新たな化合物を識別するためライブラリを用いる方法、を含む。ライブラリは、完全な質量分析塩基のフラグメンテーションを必要とせずに、オリゴマー又はポリマーを直接分析するため質量分析配列アプローチを用いて設計可能である。化合物は、化学的に多様で、かつポリマー鎖に沿って開裂元素の導入を介して容易に配列されるよう設計された複数の分子から形成される。分子は、開裂可能で単一のビーズからの質量分析解析によって直接読み取ることができる。上記のように、ライブラリは、論理回路を用いて設計され、論理回路のメモリ回路内にデータとして記憶され、及び／又は論理回路に通信される。様々な実施の形態において、設計されたライブラリが形成され、それによって物理的に形成された合成化合物のライブラリが得られる。

（より詳細な実験的な実施の形態）
上記のように、１０＾８から１０＾９又はより多くの単位の化合物のライブラリをスクリーニングするために、サブ９０ミクロンのポリマービーズが用いられる。様々な実験的な実施の形態において、ビーズサイズが１０ミクロン直径の樹脂を含む。当該サイズのビーズを用いて形成されたライブラリをスクリーニングするために、質量対電荷比に基づいて、分子をイオン化し当該イオンをソートする質量分析技法を用いて導出される化合物を解析可能である。化合物を配列するのに必要な材料の量は、制限となり得る。上記のように、様々な実施の形態は、化合物の配列を識別するために用いられるバーコードとして効果的に作用する既知で（互いに対して）固有の質量分析特性を有する分子を用いる、ことを含む。いくつかの実験的な実施の形態においては、サブｆｍｏｌ量の材料は、質量分析によって測定することができる。ライブラリの組成は、質量分析によって互いに区別可能な固有の質量分析特性を有する分子の配列（例えば、開裂可能なフラグメント）として設計される。ミックスインスプリット合成の組み合わせは、少なくともいくつかの分子の間の開裂可能基を備える分子の複数からなる化合物を合成するために用いられる。特定の機能を示す化合物を有するビーズをスクリーニングして選択した後、選択されたビーズは、分離されて分子へと開裂される。導出されるフラグメントは、例えば、化合物を配列するために化合物の組成を識別するため質量分析を介して分析される。

図８Ａ乃至８Ｃは、様々な実施の形態に係る、化合物の例及び化合物の開裂分子を示す。図８Ａに示す化合物は、４つの分子Ｔ１～Ｔ４の配列を含む。４つの分子Ｔ１～Ｔ４は、複数のサブ基（例えば、それぞれ４つのサブ基）を含むことができる。開裂可能基は、ビーズに化合物を付着させて第１の分子Ｔ１に結合させることに用いることができる。第１の分子Ｔ１は、サブ基Ａｌａ－ＤＨＱＹ－ＡＬＡ－ＰＡＭの配列を含むことができる。第２の分子Ｔ２は、サブ基Ａｌａ－ＤＨＱＢ－ＬＹＳ－ＰＡＭの配列を含むことができ、第３の分子Ｔ３は、サブ基ＡＬＡ－ＤＨＱＦ－ＡＬＡ－ＰＡＭの配列を含むことができ、第４の分子Ｔ４は、サブ基ＡＬＡ－ＤＨＱＦ－ＡＬＡの配列を含むことができる。図示するように、複数の分子Ｔ１～Ｔ４は、開裂可能基を含む。より具体的には、開裂可能基、例えば、ＰＡＭは、少なくともいくつかの分子Ｔ１～Ｔ４の間に位置し、分子Ｔ１～Ｔ４互いに結合させるために用いることができる。

ビーズに付着させた化合物は、第１の開裂溶液に接するように配置することができる。第１の開裂溶液は、トリフルオロ酢酸（ＴＦＡ）を含むことができ、図８Ｂに示すように、これは、ビーズから化合物を開裂する。化合物は、さらに、ＮａＯＨ等の第２の開裂溶液に接するよう配置することができ、図８Ｃに示すように、これは、分子を互いに開裂する。

実施の形態は、分子、サブ基、化学的開裂の数、又は図８Ａ～８Ｃに示す特定のサブ基に限定されない点、理解され得るところである。むしろ、図８Ａ～８Ｃは、説明のために提供されるものであり、限定を目的としていない。さらに、開裂は他の種の方法、例えば、物理的（例えば、温度）、光誘起、及び／又は生物学的／酵素的方法及び／又は説明された以外の溶液等、を含む。

図９Ａ～９Ｃは、様々な実施の形態に係る、化合物の例及びビーズから開裂された化合物の導出される質量分析特性を示す。図９Ａに示すように、化合物９６２は、例えば、ＴＦＡを含む溶液等の開裂溶液を用いて、ビーズ９６０から開裂可能である。図９Ｂは、図９Ａに示す開裂された化合物の高性能液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）分析の一例を示す。ＨＰＬＣ結果は、混合物における成分の純度を示す。図９Ｃは、図９Ａに示す開裂された化合物の質量分析結果の一例を示す。図示するように、質量分析結果は、化合物を正しく識別する、予期されるパターンを示す。

図１０Ａ～１０Ｃは、様々な実施の形態に係る、化合物の例及びビーズから開裂した化合物の導出される質量分析特性を示す。図１０Ａに示すように、化合物は、ＮａＯＨを含む溶液等の開裂溶液を用いて、ビーズ１０６０から個別の分子１０６３、１０６４、１０６５、及び１０６６へ開裂可能である。図１０Ｂ～１０Ｃは、図１０Ａに示す開裂分子の質量分析結果の一例を示す。図示するように、質量分析結果は、化合物を正しく識別する、予期されるパターンを示す。

図１１は、様々な実施の形態に係る、１０の分子を有する化合物の質量分析特性の一例を示す。化合物のライブラリは、１０の位置のそれぞれにおいて、６つの潜在的な分子があるように設計される。グラフは、Ｙ軸が異なる潜在的な分子を示し、Ｘ軸が化合物の配列における位置を示す。ライブラリは６^１０個の潜在的な化合物を含むことができるが、質量分析結果は、６０（６×１０）の異なる質量分析特性、例えば実験的な実施の形態における分子量についてかチェックされる。質量分析結果を用いて、分子は、化合物の配列における各位置で識別される。

図１２は、様々な実施の形態に係る、８つの分子を有し、１０ミクロンのビーズから開裂された化合物の質量分析特性の一例を示す。図１１と同様に、化合物となり得るライブラリは、８つの位置のそれぞれにおいて、８つの潜在的な分子があるよう設計される。グラフは、Ｙ軸が異なる潜在的な分子を示し、Ｘ軸が化合物の配列における位置を示す。ライブラリは、８^８個の潜在的な化合物を含むことができるが、質量分析結果は、６４（８×８）の異なる質量分析特性、例えば、実験的な実施の形態における分子量についてチェックされる。質量分析結果を用いて、分子は、化合物の配列における各位置で識別される。

図１３Ａ～１３Ｂは、様々な実施の形態に係る、８つの分子から形成される、１セットの化合物の一例を示す。より具体的には、図１３Ａは、化合物１３７０、１３７２、１３７４、１３７６、１３７８、１３８０、１３８２、及び１３８４の各１セットの例を示し、これは、それぞれが４つのサブ基を含む、１セットの分子を用いて設計することができる。導出される化合物は、配列において８つの分子を含むことができる。図示するように、各分子は、化合物の配列順序における８つの位置のうちの１つに割り当てられることができる。複数（例えば、６４）の分子の分子量又は他の質量分析特性は、既知であり、互いに区別可能である。図１３Ａの実施の形態は、８つの化合物を示すが、分子は、８^８個の潜在的な化合物のライブラリを形成するために用いることができる。８つの化合物の１セットは、化合物の配列能を示すために用いることができる。例えば、図１３Ｂに示すように、８つの化合物は、複数の分子（例えば、合計６４の分子）から合成される。合成された８つの化合物は、複数の潜在的な分子のそれぞれを含むことができる。

図１４Ａ～１４Ｈは、様々な実施の形態に係る、図１３Ａ～１３Ｂに示す化合物のセットからの質量分析結果の一例を示す。より具体的には、図１４Ａ～１４Ｈは、試験した各化合物の質量分析結果が、各化合物の正しい配列を識別することを示す。様々な実施の形態において、当該プロセスは、制御情報を識別するため行うことができる。例えば、質量分析結果は、フラグメンテーションパターン、溶出時間、及び／又は同位体分布についての基準点（例えば、質量分析結果が予期される時間ウインドウ）を提供するとともに、分子量を識別可能である。当該値は、誤検出を減らすために用いることができる。例えば、各分子についてのフラグメンテーションパターン、溶出時間、及び／又は同位体分布を含む基準を記憶することができる。導出される質量分析特性は、正しいパターンを識別するための基準と比較することができる。

図１５Ａ～１５Ｄは、様々な実施の形態に係る、他の質量分析特性によって区別される、区別不可な分子量を有する２つの分子の質量分析特性の一例を示す。上記のように、様々な実施の形態において、ライブラリの分子及び／又はサブ基を互いに区別するために用いる質量分析特性は、同一の特徴（例えば、全てが分子量、フラグメンテーションパターン、溶出時間、及び／又は同位体分布によって区別される）を有し、又は、分子のサブセットは、区別不可の第１の質量分析特性と、区別可能な第２の質量分析特性と、を含み得る。一例として、ライブラリにおける複数の分子は、異なる原子結合性（例えば、サブ基の異なる配列順序）を有するサンプルサブ基組成を有することができる。当該例においては、２つ以上の分子は、同一の分子量及び／又は互いに閾値内の分子量、及び／又は互いに区別不可な分子量を有し得る。分子は、衝突活性化解離、表面誘起解離、電子伝導解離、光解離、及びイオン／分子反応化学を含むがこれらに限定されないタンデム式質量分析技法を用いて区別可能である。

具体的には、図１５Ａ及び図１５Ｃは、同一のサブ基組成、例えば、それぞれグラフ１５８３及び１５８７に示すように同一の分子量を有する２つの分子を示す。図１５Ｂ及び１５Ｄに示すように、２つの分子は、グラフ１５８５及び１５８９に示すように衝突活性化解離に基づいて区別可能である。

様々な実施の形態において、１つ以上の質量分析特性は、質量分析計によって測定可能であり、さらに適切に重み付けがされると、化合物配列データに統計的な信頼度を割り当てることに用いることができる。例えば、配列分析が、タンデム式質量分析とともに結合液体クロマトグラフィー及び質量分析（ＬＣ－ＭＳ及びＬＣ－ＭＳ／ＭＳ）を用いて行われた場合、検出される各潜在的な分子について取得されたデータは、クロマトグラフィー保持時間、正確な測定質量、及びイオンフラグメンテーションパターンを含むことができる。これらの測定は、それぞれ、各分子の割り当てに統計的な有意性を割り当てるために用いることができるアルゴリズムを導出するため用いることができる。

図１６は、様々な実施の形態に係る、位相的に分離したポリマービーズの一例を示す。様々な実施の形態において、上記の化合物は、合成コード化化合物として用いることができる。合成コード化化合物を形成する分子は、スクリーニングする化合物を識別するためのバーコードとして作用することができる。合成コード化化合物は、固有の質量分析特性を有する複数の分子のサブセットから形成され、ライブラリにおいてビーズの内側に位置する。合成物でもあるスクリーニングする化合物は、ビーズの外部に位置する。合成コード化化合物の各質量分析特性は、スクリーニング化合物にマッピングすることができ、ライブラリのスクリーニングに反応する特定の機能を示すスクリーニング化合物を配列するために用いることができる。

合成コード化化合物及びスクリーニング化合物は、位相的に分離したポリマービーズに結合可能である。図１６は、様々な実施の形態に係る、位相的に分離したポリマービーズの一例を示す。ポリマービーズ１６１３は、外表面１６１７におけるスクリーニング化合物１６１４と、内表面１６１５におけるコード化スクリーニング化合物１６１４と、の選択的な結合によって位相的に分離される。具体的な実施の形態において、スクリーニング化合物１６１４は、脱保護された基（例えば第１の官能基／ＮＨ）に結合され、内表面１６１５は、コード化化合物１６１６に結合された別の脱保護された基（例えば、第２の官能基／ＮＨ）を含む。コード化化合物１６１６は、スクリーニング化合物１６１４をラベリングするために用いられる。例えば、複数のポリマービーズのライブラリがスクリーニングされた場合であって、スクリーニング化合物がヒットである場合、コード化化合物１６１６は、スクリーニング化合物１６１４の各配列を識別するために用いられる。上記のように、コード化化合物を形成する分子は、質量分析を用いて識別される。各コード化化合物１６１６は、特定のスクリーニング化合物にマッピングすることができる。そのため、コード化化合物の識別により、スクリーニング化合物の配列を識別できる。

図１７は、様々な実施の形態に係る、ポリマービーズを位相的に分離するプロセスの一例を示す。スタートポリマービーズ１７２０は、Ｍ－ＮＨ２テンタゲルビーズを含む。ポリマービーズ１７２０は、１７２２において第１の溶液に接触させられる。第１の溶液は、「Ｐ」とラベリングされる、チオール不安定なアミン保護基を含むことができる。保護基は、２－４－ジニトロベンゼンスルホンアミド（ＤＮｓ）及び／又は２－ニトロベンゼンスルホンアミド（Ｎｓ）を含むことができる。具体的な実施の形態において、第１の溶液は、保護基（例えば、ＤＮｓ－塩化物又はＤＮｓ－ＣＬ、又は、Ｎｓ－塩化物又はＮｓ－Ｃｌ）、Ｎ，Ｎ－ジイソプロピルエチルアミン（ＤＩＰＥＡ）及ジクロロメタン（ＤＣＭ）を含む。ビーズ１７２０を第１の溶液と接触させることにより、内及び外表面に保護基（例えば、Ｐ）を含む、導出されるビーズ１７２４が形成される。ポリマービーズ１７２０を第１の溶液と接触させることは、保護基でポリマービーズを反応させることを含み、これによって保護基はチオール類の存在において脱保護化する。

ポリマービーズ１７２４は、次に、１７２５において第２の溶液と接触させられる。第２の溶液は、内部アミンを脱保護せずに、選択的に表面アミンを脱保護するシステインを有するタンパク質等の脱保護基を含むことができる。タンパク質は、内部アミン（例えば、ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ））を脱保護するため、ポリマービーズ１７２４の孔を通過することができないサイズとなり得る。１７２５において、第２の溶液との接触によって、位相的に分離したポリマービーズ１７２６が得られ、これは、「ビーズシェービング」とも称することができる。位相的に分離したポリマービーズ１７２６は、外表面に脱保護された基（例えばＮＨ_２）を含み、内表面に保護基を含む。

図１８Ａ～１８Ｂは、様々な実施の形態に係る、ポリマービーズを位相的に分離するプロセスの一例を示す。図１８Ａは、様々な実施の形態に係る、ポリマービーズを位相的に分離するプロセスの一例を示す。位相的に分離したポリマービーズ１８３０は、図１７に示すプロセスを用いて生成されてよく、これは、さらに、外表面にスクリーニング化合物を有し、内表面にコード化化合物を有する修正された位相的に分離したポリマービーズ１８３８を、表面機能化基（例えば、自由アミン）を用いて生成するよう処理することができる。位相的に分離したポリマービーズ１８３０は、第１の溶液に接するように配置される。第１の溶液は、アミン保護基等の第２の保護基を含んでよい。参照の容易化のために、図１８Ａの実施の形態においては、図１８Ｂに示すように、様々な実施の形態において各基は反応の配列における「第１」の保護基ではないが、他の保護基を「第１の保護基」と称する。他の保護基の一例は、フルオレニルメチルオキシカルボニル塩化物（Ｆｍｏｃ）である。第１の溶液に接するように位相的に分離したポリマービーズ１８３０を配置することで、ビーズ１８３２の外表面において第１の保護基（例えば、Ｆｍｏｃ）に二重結合したアミン基を有するポリマービーズ１８３２を得る化学反応を生じさせることができる。

ポリマービーズ１８３２は、次に、別の脱保護基を含む第２の溶液（第３の溶液とも称する）と接触させられる。他の脱保護基は、当該基がビーズの孔を通過できるが外表面において第１の保護基（例えば、Ｆｍｏｃ）を脱保護しないサイズとなり得る。第２の溶液は、チオフェノール溶液（例えば、チオフェノール（ＰｈＳＨ）を含むことができる。ポリマービーズ１８３２を第２の溶液と接触させることで、内表面において脱保護された基（例えば、ＮＨ_２）を有するポリマービーズ１８３４として示すように、内表面における保護基の脱保護、及び外表面において第１の保護基に結合された保護された基（例えば、ＮＨＦｍｏｃ）を得られる。ｔｅｒｔ－ブチロキシカルボニル（Ｂｏｃ）等の追加の脱保護基は、内表面においてＢｏｃと結合された保護基（例えば、別のアミン基）を有するポリマービーズ１８３６として示すように、ポリマービーズ１８３４と反応させられ、内表面における脱保護された基（今は保護基）をＢｏｃに結合する。Ｂｏｃ基の一例は、Ｂｏｃ－Ａｌａ、及びＢｏｃ－Ａｌａ－ＰＡＭである。参照の容易化のために、図１８Ａの実施の形態においては、図１８Ｂに示すように、様々な実施の形態において各基は反応の配列における「第２」の保護基ではないが、追加の保護基を「第２の保護基」と称する。

様々な実施の形態において、外表面の第１の保護基（例えば、Ｆｍｏｃ）及び内表面の第２の保護基（例えば、Ｂｏｃ）は、官能基（例えば、第１及び第２のアミン基）を、様々な条件で不活発にさせるために用いられる。例えば、外表面の第１の官能基は、スクリーニング化合物を構築するために用いられる。内表面の第２の官能基（例えば、アミン基）は、コード化化合物を構築するために用いられる。スクリーニング及びコード化化合物は、ペプチド化学、固相サポート化学を含む既存のカップリング化学等の、既存の化学反応及び技法によってアミン官能基を用いて作られる。技法の一例は、化学結合を変更するための熱、圧力及び触媒作用の分類された組み合わせ、線形技法、反復結合、その他の技法を含む。例えば、外表面にスクリーニング化合物を有し、内表面にコード化化合物を有するポリマービーズ１８３８を形成するために、官能基を反応させることができる。第１及び第２の保護基は、官能基の制御されたかつ選択的な反応を許容することで化学がどこで行われるか制御するために用いられる。Ｆｍｏｃ基は、第１のアミン基を露出させるためにピペリジン等の塩基を用いて除去可能であり、Ｂｏｃ基は、第２のアミン基を露出させるためにＴＦＡ等の酸を用いて除去可能である。コード化された化合物又はスクリーニング化合物が最初に作られるか否かによって、化学結合の位置は、各アミン基を露出させ、他のアミン基を保護されたまま残す酸又は塩基の脱保護によって制御される。

当該プロセスは、複数の異なるビーズを形成するために用いることができる。各ビーズは、異なるスクリーニング化合物、及びそれに付着されるコード化化合物を有する。具体的な実施の形態において、複数のビーズは、新たな機能を有する合成オリゴマー及びポリマーをスクリーニングして識別するために用いることが可能なスクリーニング化合物のライブラリを形成可能である。スクリーニングプロセスの一例は、タンパク質又は核酸等のターゲット分子に化学結合する化合物についてスクリーニングする、ことを含むことができる。別の例は、腫瘍細胞、ウィルス感染細胞及び／又はバクテリア細胞等のターゲットを中和又は殺す化合物についてスクリーニングする、ことを含む。ライブラリにおけるスクリーニング化合物は、調合薬、試薬、センサ、触媒、酵素、又は特定の目的に使用される材料を含む様々な機能に用いることができる。ライブラリは、異なるタイプの機能、例えば、治療、診断、及び／又は産業目的等について化合物（例えば、合成化合物）を識別するためにスクリーニング可能である。スクリーニング及び質量分析から選択及び識別された化合物、及び／又は化合物の共役形態は、特定の機能を提供するために（カップリング化学を用いて）形成及び用いることができる。

スクリーニングは、ビーズ外部に異なるスクリーニング化合物、ビーズ内部に異なるコード化化合物を有する複数の異なるビーズのライブラリを用いる、ことを含むことができる。分析が、特定の機能を示す、外部のスクリーニング化合物を識別するために行われる。具体的な実施の形態において、分析は、タンパク質へ化学結合、酵素の抑制、細胞を中和する又は殺す、その他の機能のために用いることができる。検出された活動は、（例えば、機能を示す合成化合物について分析をスクリーニングするため）光学式スキャナを用いて分析の蛍光性読み取りを介して評価される。特定の機能又は活動を示すと考えられる、識別されたビーズは、スキャンに基づいて識別され、スクリーニングプレートから除去されてウェル又はチューブに配置される。上記のように、除去されたビーズは、化学開裂を介してビーズからコード化化合物を取り除くためにさらに処理される。コード化化合物は、次に、各スクリーニング化合物にマッピングされるコード化化合物の複数の分子の配列を識別するために、質量分析等の分析技法を用いて読み取られる。例えば、上記のように、コード化化合物を形成する分子の質量分析特性は、ポリマービーズから開裂された分子の溶液に対して質量分析を行うことで識別される。分子の質量分析特性は、コード化化合物の配列の識別にマッピングされ、さらに、スクリーニング化合物の識別にマッピングされる。

図１８Ｂは、様々な実施の形態に係る、ポリマービーズを位相的に分離するプロセスの一例を示す。図１８Ｂの実施の形態は、図１７及び図１８Ａに示すプロセスの組み合わせを示す。スタートポリマービーズ１８３９は、「Ｐ１」とラベリングされる第１の保護基を含む第１の溶液と接触させられる。上記のように、第１の保護基は、ＤＮｓ又はＮｓを含むことができる。ビーズ１８３９を第１の溶液と接触させることにより、内及び外表面に第１の保護基（例えば、Ｐ１）を含むビーズ１８４２が導出される。

ポリマービーズ１８４２は、次に、第２の溶液と接触させられる。第２の溶液は、内部アミンを脱保護せずに選択的に表面アミンを脱保護するシステインを有するタンパク質等の第１の脱保護基を含むことができる。第２の溶液との接触により、位相的に分離したポリマービーズ１８４４が得られる。位相的に分離したポリマービーズ１８４４は、外表面に脱保護された基（例えば、ＮＨ２）を含み、内表面に第１の保護基（例えば、Ｐ１）を含む。

位相的に分離したポリマービーズ１８４４は、次に、第３の溶液に接触するよう配置される。第３の溶液は、「Ｐ２」としてラベリングされるアミン保護基等の第２の保護基を含む。第２の保護基の一例は、Ｆｍｏｃを含む。第３の溶液と接触するように位相的に分離したポリマービーズ１８４４を配置することで、ビーズ１８４６の外表面において第２の保護基（例えば、Ｆｍｏｃ）に二重結合されるアミン基、及び内表面において第１の保護基（例えば、ＤＮｓ又はＮｓ）に結合される別のアミン基を有するポリマービーズ１８４６を得られる化学反応が生じる。

次に、ポリマービーズ１８４６は、第２の脱保護基を含む第４の溶液と接触させられる。第２の脱保護基は、当該基がビーズの孔を通過できるが、外表面における第２の保護基（例えば、Ｆｍｏｃ）を脱保護しないサイズとなり得る。第４の溶液は、チオフェノール溶液（例えば、ＰｈＳＨ）を含むことができる。ポリマービーズ１８４６を第４の溶液と接触させることで、内表面に脱保護された基（例えばＮＨ_２）を有し、外表面に第２の保護基と結合される保護基（例えば、ＮＨＰ２又はＮＨＦｍｏｃ）を有するポリマービーズ１８４８として示すように、内表面における第２の保護基が脱保護される。次に、ポリマービーズ１８４８は、「Ｐ３」とラベリングされる第３の保護基を含む第５の溶液に接するように配置される。Ｂｏｃ基等の第３の保護基は、第３の保護基に、内表面における脱保護された基（今は保護基）を結合するために、ポリマービーズ１８４８と反応させられる。ポリマービーズ１８５０として示すように、導出されるビーズは、内表面において、第２の保護基に結合された第１の保護された基（例えば、アミン基）と、第３の保護基（例えば、Ｂｏｃ）に結合された第２の保護された基（例えば、別のアミン基）と、を有する。実施の形態のＢＯＣ基は、ＢＯＣ－Ａｌａ及びＢＯＣ－Ａｌａ－ＰＡＭを含む。

上記のように、第２及び第３の保護基（Ｐ２及びＰ３）は、各アミン基について、制御された反応を許容するようにするために用いられる。カップリング化学がどこで行われるかを制御するため、酸又は塩基脱保護が行われる。具体的には、第２及び第３の保護基のうちの１つは、塩基で脱保護することができ、他方は酸で脱保護することができる。一例として、第２の保護基（Ｐ２）は、ピペリジン等の塩基で除去されるＦｍｏｃであり、第３の保護基（Ｐ３）は、ＴＦＡ等の酸で除去されるＢｏｃである。実施の形態はこの場合に限定されない。一例として、ポリマービーズ１８５０は、第３の脱保護基を含む第６の溶液に接するように配置される。この例における第３の脱保護基は、ポリマービーズ１８５２を形成するため、第２の保護基（Ｐ２）を除去する。ポリマービーズ１８５２は、外表面において露出される自由アミン基と、内表面における保護アミン基と、を有する。スクリーニング化合物は、外表面にスクリーニング化合物を有するポリマービーズ１８５４を形成するために、既存のカップリング化学を用いて作られ、保護された官能基は、内表面において第３の保護基と結合する。ポリマービーズ１８５４は、内部における第３の保護基（Ｐ３）を脱保護するために用いられる第４の脱保護基を有する第７の溶液と接触させられ、外表面にスクリーニング化合物を有し、内表面に自由アミン基を有するポリマービーズ１８５６が得られる。コード化化合物は、外表面にスクリーニング化合物を有し、内表面にコード化化合物を有するポリマービーズ１８５８を形成するための既存のカップリング化学を用いて作られる。例えば、開裂基を備える複数の分子を含む化合物の構築に関して上述したように、コード化化合物は、ミックスインスプリットカップリング化学を用いて作られる。

図１８Ｂの実施の形態は、コード化化合物を後に続いてスクリーニング化合物が作られる例を示すが、実施の形態はこの場合に限定されない。様々な実施の形態において、第３の保護基が最初に除去され、コード化化合物は、第２の保護基の除去及びスクリーニング化合物の構築の後に、続けて作られる。さらに、様々な具体的な実施の形態は、互いに位相的に分離された内表面及び外表面を有するポリマービーズを含み、当該内表面は、コード化化合物を有し、外表面は、保護基（例えばＦｍｏｃ）を有する。本開示に係る実施の形態は、図１８Ｂに示す各ステップの実行に限定されず、図示する異なるサブステップの実行も包含する点、理解されるところである。さらに、様々な実施の形態は、図１８Ｂに示す１つ以上のポリマービーズ（例えば、１８４２、１８４４、１８４６、１８４８、１８５０、１８５２、１８５４、１８５６、１８５８）に関する。例えば、プロセスは、図１８Ｂに示すプロセスの異なるステップにおいて中断されてよく、異なるポリマービーズが得られる。

様々な実施の形態は、位相的に分離したポリマービーズの驚くべき結果を含む。具体的な実施の形態は、ビーズの表面にあるニトロベンゼンスルホンアミド基の脱保護のために、還元したＢＳＡを用いて１０ミクロンのテンタゲルビーズを空間的に分離する方法を含む。この方法は、外層にＦｍｏｃ保護基を有し、内側にＢｏｃ基を有するポリマービーズの合成に適用可能である。

例えば、内、上、内部、の内、第１、第２、第３、第４，第５等の配置を例示するための用語については、本明細書においては、図面に示す様に構成要素の相対的な位置を参照するために用いられている。このような用語は、表記の便宜上用いられているだけであり、実際には、開示の構成は、図示する配列又は順序とは異なる配列又は順序であり得る点、理解されるところである。例えば、第２の脱保護基は、第３の脱保護基の後に用いられてもよい。従って、用語は限定的に解釈されるべきではない。

様々な実施の形態は、２０１７年４月２６日になされた米国特許出願（第１５／４９８１４５号）、発明の名称「位相的に分離されたポリマービーズ及びその方法」における実施の形態に応じて実施可能であり、この出願の全内容が参照として本明細書に組み込まれる。例えば、当該明細書で説明された実施の形態は、上記の実施の形態に対して様々な程度（完全に、を含む）で組み合わされてもよい。図１６～１８Ｂに関連して上述した特定の例として、少なくとも図１に示され、本明細書において様々な実施の形態として説明された、区別可能な質量分析特性を示す分子から形成される複数の化合物は、それぞれ、米国特許出願第１５／４９８１４５号の図２に示されるとともに説明されるコード化化合物として実施され得る。これは、各スクリーニング化合物にマッピングするように用いられる。上記米国特許出願の実施の形態は、注記がない限り、どのような態様であっても全体的な技術開示又は特許請求の範囲に記載された発明の一部を限定することを意図していない。

上記及び説明した仮特許出願における様々な実施の形態は、共に、及び／又は他の手法で実施し得る。本開示及びその下地となった仮特許出願における１つ以上の事項は、個別に、又は、より統合的な手法で実施可能であり、特定のケースにおいては作用不能なように除去及び／又は取り除かれてよく、これは、特定の用途において有用である。本明細書における詳細な説明を鑑み、当業者は、本開示の技術的範囲から逸脱することなく様々な変更が可能である点を認識し得る。

Claims (20)

1. 論理回路を用いて、
   複数のサブ基含む複数の分子であって、前記複数の分子は、それぞれ、他の前記複数の分子の質量分析特性から区別可能な質量分析特性を示す複数の分子を選択し、
   ライブラリを形成する複数の合成化合物の配列における位置に、前記複数の分子を割り当て、
   前記論理回路のメモリ回路内のデータとして、前記複数の分子の前記割り当てられた位置を用いて質量分析を介して配列可能な複数の合成化合物を定義し、カップリング化学または特定の機能のスクリーニングを介して前記定義された複数の合成化合物を形成するために前記論理回路とは他の回路と通信する、ことを含む、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記複数の分子を選択することは、（１）分子をデザインするため前記論理回路を使用し、（２）閾値によって、互いから分離可能な質量分析特性を示す分子のサブセットを選択する、ことを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の分子を、前記複数の合成化合物の配列における割り当てられた位置と相関させる、ことをさらに含み、前記複数の合成化合物の配列における各位置は、前記複数の分子のうち、１セットの潜在的な分子を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記メモリ回路とともに構成並びに配置された前記論理回路を用いて、前記複数の分子を、
   他の複数のサブ基から区別可能な質量分析特性を示す前記複数のサブ基を選択し、
   前記メモリ回路内のデータとして、前記複数の合成化合物を形成するために用いられる、候補となる分子の配列における前記割り当てられた位置に、前記複数のサブ基のそれぞれを相関させ、
   他の質量分析特性から、閾値によって区別可能な質量分析特性を示す前記複数の分子を前記候補となる分子から選択することで、選択する、ことをさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記複数のサブ基のそれぞれを、前記配列における前記位置と相関させることは、論理回路を用いて、各位置について前記複数のサブ基から１セットのサブ基を選択する、ことを含む、ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記論理回路を用いて、データオブジェクトとして定義した前記複数の合成化合物、及び、前記複数の合成化合物の前記配列における前記割り当てられた位置を有する前記複数の分子を、前記他の回路に通信してカップリング化学または特定の機能についてのスクリーニングを介して前記合成化合物を形成する、ことをさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記複数の分子に対して質量分析を行ってエラー制御のための基準パターンを生成し、前記基準パターンを前記メモリ回路に記憶する、ことをさらに含み、前記質量分析特性は、分子量、フラグメンテーションパターン、アイソトープ分布及びその組み合わせからなるグループから選択される特性である、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. カップリング化学を介して前記複数の合成化合物を形成する、ことをさらに含み、前記複数の合成化合物は、それぞれ、前記複数の分子のサブセットの異なる配列を有し、開裂可能基が、前記サブセットにおける少なくともいくつかの分子間に位置する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 特定の物理的な機能について前記複数の合成化合物をスクリーニングし、前記特定の機能を示す合成化合物を、前記複数の合成化合物から選択する、ことをさらに含む、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記特定の機能を示す、前記選択された合成化合物、またはその共役形態を形成する、ことをさらに含む、ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 特定の機能をスクリーニングするために用いられる、物理的な合成化合物のライブラリであって、
    複数の分子の異なる配列の組み合わせを含む複数の合成化合物であって、前記複数の分子は、それぞれ、他の複数の分子から区別可能な質量分析特性を示す複数の合成化合物を備え、
    各化合物は、
    配列における複数の分子のサブセットと、
    前記複数の分子のサブセットのうちの少なくとのいくつかの間に位置する開裂可能基と、を含む、
    ことを特徴とする合成化合物のライブラリ。
12. 前記複数の分子は、機能的な特徴を示す異なるサブ基を含む、ことを特徴とする請求項１１に記載の合成化合物のライブラリ。
13. 前記異なるサブ基は、それぞれ、他のサブ基から区別可能な質量分析特性を示し、前記異なるサブ基は、それぞれ、前記複数の分子の配列における位置に割り当てられる、ことを特徴とする請求項１２に記載の合成化合物のライブラリ。
14. 前記複数の分子は、それぞれ、前記複数の合成化合物のそれぞれの配列における位置に関連付けされる、ことを特徴とする請求項１１に記載の合成化合物のライブラリ。
15. 前記複数の分子は、閾値によって互いに区別可能な質量分析特性を示す、ことを特徴とする請求項１１の合成化合物のライブラリ。
16. 前記複数の化合物は、それぞれ、前記合成化合物をそれぞれ形成する前記複数の分子の前記サブセットの質量分析特性を介して前記合成化合物の配列を識別するよう構成並びに配置される、ことを特徴とする請求項１１に記載の合成化合物のライブラリ。
17. 前記複数の化合物は、それぞれ、検出感度とともに質量分析を介して配列されるよう構成並びに配置される、ことを特徴とする請求項１１に記載の合成化合物のライブラリ。
18. 合成化合物及びターゲットのライブラリを用いて分析を生成することであって、前記ライブラリは、複数の分子の異なる配列の組み合わせを有する複数の合成化合物であって、各合成化合物は、ポリマービードに付着され、前記複数の分子は、それぞれ、他の複数の分子から区別可能な質量分析特性を示し、各合成化合物は、配列における複数の分子のサブセットと、前記複数の分子の前記サブセットのうちの少なくともいくつかの間に位置する開裂可能基と、を備える、分析を生成すること、
    前記複数の合成化合物のうち特定の機能を示す合成化合物についての分析をスクリーニングし、前記合成化合物を分離すること、
    前記ポリマービードから、前記合成化合物と、互いから、前記合成化合物を形成する前記サブセットにおける前記分子の各サブセットと、の両方を分離すること、
    質量分析を介して前記分子のサブセットの前記質量分析特性を区別することにより、前記合成化合物を配列すること、を含む、
    ことを特徴とする方法。
19. 前記合成化合物を配列することは、前記識別された質量分析特性を前記複数の分子の既知の質量分析特性と比較する、ことを含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記合成化合物を配列することは、前記識別された質量分析特性を、前記ライブラリの化合物の配列順における前記複数の分子の既知の位置に関連付けされた前記複数の分子の既知の質量分析特性と比較する、ことを含むことを特徴とする請求項１８の方法。

Images