BIOVIA Discovery Studio
生命科學分子模擬平台 — 從靶標識別到臨床前開發的完整計算藥物研發解決方案
BIOVIA Discovery Studio 是針對生命科學領域藥物發現研究中最全面的 3D 建模和仿真應用程式。基於 BIOVIA Pipeline Pilot 系統基礎上，Discovery Studio 在同一個介面中整合了經 30 多年行業的研究成果與全球頂尖的 in silico 技術，提供一套綜合的方案，可支持生物治療和小分子藥物的先期研發。
平台整合了由哈佛大學、麻省理工學院和加州大學舊金山分校等學術領袖開發並驗證的方法，並與 CHARMm、NAMD、MODELER、ZDOCK、GOLD 及 Catalyst 等成熟先進的模擬程式合作。從早期靶標識別、先導化合物發現與優化到臨床前製劑開發，Discovery Studio 滿足藥物發現過程的各項計算需求。
| 產品類別 | 計算化學 / 分子建模與仿真 |
| 開發商 | 達梭系統 Dassault Systemes，BIOVIA 品牌 |
| 平台類型 | Windows 桌面應用程式 + 伺服器端運算；3DEXPERIENCE 平台 |
| 建構於 | BIOVIA Pipeline Pilot |
| 歷史沿革 | 原 Accelrys（創立於 1981 年），2014 年由達梭系統收購 |
核心功能
蛋白質建模與開發
MODELER 同源建模
運用領先市場的 MODELER 同源建模演算法，基於胺基酸序列快速預測高品質 3D 蛋白質模型；DS 2026 內含 MODELER v10.7
序列分析與性質計算
以 BLAST 和 PSI-BLAST 進行序列搜尋、特徵/motif 預測、轉譯後修飾位點 (PTM) 預測及蛋白質電離與等電點計算
Loop 區與側鏈優化
運用 CHARMm 的 LOOPER 演算法進行 Loop 區構象系統採樣與優化，以 ChiRotor 優化胺基酸側鏈位置
ZDOCK 蛋白質-蛋白質對接
使用 ZDOCK 進行蛋白質-蛋白質對接研究並對結果進行優化；支援組合胺基酸突變評估穩定性與結合親和力
抗體設計與建模
抗體結構預測
支援 IMGT、Kabat、Chothia、Honegger 編號方案；從輕、重鏈序列生成高品質全長抗體、Fab 或 Fv 3D 結構（DS 2026 含 8,083 個 PDB 抗體範本）
可開發性評估
計算溶解度、粘度與可開發性指數 (DI)；運用表面電荷法 (SCM) 估算粘度，AggMap 聚合傾向打分進行排序；預測六種常見賦形劑的優先相互作用
人源化與親和力成熟
抗體人源化設計以降低免疫原性；互補位殘基預測（DS 2025 新功能）；抗體-抗原複合物創建與親和力成熟研究（DS 2025 新功能）
模擬
CHARMm 與 NAMD 分子動力學
在 GPU 和 CPU 上執行能量最小化和 MD 模擬；支持 CGenFF、charmm36 力場；NAMD GPU-resident 模式（DS 2025）；OpenMM GPU 加速（DS 2026）
MSLD 自由能計算
Multi-Site Lambda Dynamics 在單個 GPU 模擬中計算整個組合庫的相對結合自由能，比傳統 FEP 效率高 20 倍；適合大規模先導化合物優化
FEP 與 QM/MM
自由能微擾模擬計算多對配體結合的相對自由能；OpenFE 框架整合（DS 2026）；結合 DMol3 與 CHARMm 進行 QM/MM 研究
基於結構和片段的設計
多種分子對接方法
CDOCKER（CHARMm）、LibDock（熱點）、Ludi、MCSS 及藥效團方法；與 CCDC GOLD 互動進行對接（DS 2026 含 GOLD v2025.1）
先導化合物優化
以經典藥物化學反應轉化與商業試劑進行原位優化；骨架跳躍或 R 基取代產生新分子設計；MM-PBSA/MM-GBSA 結合能計算
基於藥效團和配體的設計
Catalyst 藥效團引擎
市場領先的 3D 藥效團自動生成（活性配體、受體位點、受體-配體複合物）；搭配 PharmaDB 庫（41,000+ 條目）探索脫靶效應和藥物再利用
組合庫與篩選優化
基於反應的枚舉或 Markush 組合庫；使用 Pareto 優化、聚類、多樣性和相似性分析進行庫選擇最佳化
ADMET / TOPKAT 預測
ADMET 性質預測
評估血腦屏障穿透、人體腸道吸收、水溶性、肝毒性、CYP2D6 等藥物動力學特性；支援數百種物理化學與量子力學描述詞
TOPKAT 毒性評估
Ames 致突變性、齧齒動物致癌性、皮膚刺激性和致敏性、眼睛刺激性、需氧生物降解性；Labcorp 用於農化品法規毒理學評估
整合引擎
| 引擎 | 功能 |
|---|---|
| CHARMm | 基於力場的模擬（CPU + GPU 版本） |
| NAMD | 基於力場的模擬（CPU + GPU 版本） |
| MODELER | 蛋白質同源性建模（DS 2026 中為 v10.7） |
| BLAST+ | 序列搜索 |
| GOLD | 蛋白質配體對接（CCDC，DS 2026 中為 v2025.1） |
| ZDOCK | 蛋白蛋白對接 |
| Catalyst | 藥效團模擬 |
| AggMap / SCM | 蛋白質聚集和粘度預測 |
| CDOCKER | 基於 CHARMm 的柔性分子對接 |
| LibDock | 基於熱點的對接 |
| DMol3 | 量子力學計算（QM/MM） |
| TOPKAT | QSAR 預測毒理學 |
技術規格
| 平台 | Windows 桌面客戶端 + 伺服器運算 |
| 伺服器作業系統 | Windows Server；DS 2026 已移除 Linux 支援 |
| GPU 支援 | NVIDIA GPU 用於 CHARMm、NAMD、MSLD、FEP；OpenMM 加速（DS 2026） |
| 基礎架構 | 建構於 BIOVIA Pipeline Pilot（需安裝 Pipeline Pilot） |
| 力場 | CGenFF、charmm36、CHARMm |
| 檔案格式 | PDB、mmCIF（DS 2026 完全支援多字元鏈名）、SDF、MOL2 |
| 資料庫 | PharmaDB（41,000+ 條目，scPDB 2024）、精選 PDB 抗體範本（8,083 結構） |
| 整合 | 3DEXPERIENCE 平台、BIOVIA Pipeline Pilot、GOLD（CCDC） |
| 免費工具 | Discovery Studio Visualizer 可免費下載 |
應用領域
製藥公司
小分子藥物探索、先導化合物優化、虛擬篩選、ADMET 預測
生物技術公司
抗體設計、生物製劑可開發性評估、蛋白質工程
學術/研究機構
結構生物學、計算化學、藥物探索培訓
農化品 / 政府機構
TOPKAT 法規毒理學預測（Labcorp 使用）；COVID-19 藥物再利用研究
藥物開發生命週期涵蓋範圍
| 階段 | 關鍵工具與方法 |
|---|---|
| 靶標識別 | 同源建模（MODELER）、蛋白質-蛋白質對接（ZDOCK）、序列分析 |
| 先導化合物識別 | 虛擬篩選、藥效團篩選（Catalyst）、片段式設計 |
| 先導化合物優化 | MSLD/FEP 結合自由能、骨架跳躍、原位 R 基取代、QSAR |
| 臨床前 | ADMET 預測、TOPKAT 毒性、致突變性、致癌性評估 |
| 生物製劑開發 | 抗體建模、人源化、可開發性（DI、粘度、聚合）、配方 |
| 配方開發 | 賦形劑預測、蛋白質穩定性評估 |
核心競爭優勢
最全面的一體化平台
生物製劑 + 小分子 + ADMET + 模擬整合於單一介面
MSLD 高效率自由能計算
比傳統 FEP 高 20 倍效率的組合庫自由能計算
市場領先的核心引擎
Catalyst 藥效團引擎、MODELER 同源建模、TOPKAT 毒理學 — 均為各自領域的業界標竿
企業級整合與自動化
Pipeline Pilot 基礎實現跨 BIOVIA 產品的工作流程自動化；3DEXPERIENCE 平台端對端研發生命週期管理
30+ 年科學驗證
數以萬計的同儕審查參考文獻；哈佛、MIT、UCSF 等頂尖學術機構驗證的方法
近期更新
| 日期 | 更新內容 |
|---|---|
| 2025 年 11 月 | Discovery Studio 2026 — OpenMM GPU 加速、OpenFE 自由能框架、增強口袋偵測和變構運動分析、mmCIF 多字元鏈支援、MODELER 10.7、GOLD 2025.1；移除 Linux 客戶端 |
| 2024 年 11 月 | Discovery Studio 2025 — 抗體互補位預測、PharmaDB 41,000+ 條目（scPDB 2024）、NAMD GPU-resident 模式、mmCIF 完全支援、CHARMm 擴展至 100 萬原子 |
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