藥物從最初的實驗室研究到最終擺放到藥柜銷售平均需要花費12年的時間。進行臨床前試驗的5000種化合物中只有5種能進入到后續(xù)的臨床試驗，而僅其中的1種化合物可以得到最終的上市批準。
總的來說新藥的研發(fā)分為兩個階段：研究和開發(fā)。這兩個階段是相繼發(fā)生有互相聯(lián)系的。區(qū)分兩個階段的標志是候選藥物的確定，即在確定候選藥物之前為研究階段，確定之后的工作為開發(fā)階段。所謂候選藥物是指擬進行系統(tǒng)的臨床前試驗并進入臨床研究的活性化合物。
研究階段包括四個重要環(huán)節(jié)，即靶標的確定，模型的建立，先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)，先導(dǎo)化合物的優(yōu)化。
一、靶標的確立
確定治療的疾病目標和作用的環(huán)節(jié)和靶標，是創(chuàng)制新藥的出發(fā)點，也是以后施行的各種操作的依據(jù)。藥物的靶標包括酶、受體、離子通道等。作用于不同的靶標的藥物在全部藥物中所占的比重是不同的。以2000年為例，在全世界藥物的銷售總額中，酶抑制劑占32.4%，轉(zhuǎn)運蛋白抑制劑占16.0%，受體激動劑占9.1%，受體拮抗劑占10.7%，作用于離子通道的藥物占9.1%等等。目前，較為新興的確認靶標的技術(shù)主要有兩個。一是利用基因重組技術(shù)建立轉(zhuǎn)基因動物模型或進行基因敲除以驗證與特定代謝途徑相關(guān)或表型的靶標。這種技術(shù)的缺陷在于，不能完全消除由敲除所帶來的其他效應(yīng)(例如因代償機制的啟動而導(dǎo)致的表型的改變等)。二是利用反義寡核苷酸技術(shù)通過抑制特定的信使RNA對蛋白質(zhì)的翻譯來確認新的靶標。例如嵌入小核核糖核酸(snRNA)控制基因的表達，對確證靶標有重要作用。
二、模型的確立
靶標選定以后，要建立生物學(xué)模型，以篩選和評價化合物的活性。通常要制訂出篩選標準，如果化合物符合這些標準，則研究項目繼續(xù)進行;若未能滿足標準，則應(yīng)盡早結(jié)束研究。一般試驗?zāi)Ｐ蜆藴蚀笾律嫌校夯衔矬w外實驗的活性強度;動物模型是否能反映人體相應(yīng)的疾病狀態(tài);藥物的劑量(濃度)——效應(yīng)關(guān)系，等等?？啥恐貜?fù)的體外模型是評價化合物活性的前提。近幾年來，為了規(guī)避藥物開發(fā)的后期風(fēng)險，一般同時進行藥物的藥代動力模型評價(ADME評價)、藥物穩(wěn)定性試驗等。
三、先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)
新藥研制的第三步是先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)。所謂先導(dǎo)化合物(leading compound)，也稱新化學(xué)實體(new chemical entity，NCE)，是指通過各種途徑和方法得到的具有某種生物活性或藥理活性的化合物。因為目前的知識還不足以淵博到以足夠的受體機制指導(dǎo)藥物設(shè)計以使藥物的合成不必使用預(yù)先已知的模型，所以，先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)，一方面有賴于以上兩步所確定的受體和模型，另一方面也成為了整個藥物研發(fā)的關(guān)鍵步驟。一般來說，先導(dǎo)化合物主要有如下幾個來源：對天然活性物質(zhì)的挖掘、現(xiàn)有藥物不良作用的改進以及藥物合成心中間體的篩選等。目前，主要有兩個獲得新的先導(dǎo)化合物的途徑。一是廣泛篩選，這種毫無依據(jù)的方法在實際操作上其實是比較有效的。過去半個多世紀以來，由于這個原因，先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)隨機性很強，如從煤焦油中分離出的本份被發(fā)現(xiàn)具有抗菌作用因而被開發(fā)成為一系列諸如薩羅的抗生素;又如對染料中間體的篩選發(fā)現(xiàn)了苯胺以及乙酰苯胺具有解熱鎮(zhèn)痛作用，經(jīng)改造得到了非那西丁和乙酰氨基酚等。近二十年來，計算機預(yù)篩被用于這一過程，大大加快了研究進程。另外，先導(dǎo)化合物的合理設(shè)計近年來也越來越成為這一領(lǐng)域的熱點。所謂合理設(shè)計，是指根據(jù)已知的受體(或受體未知但有一系列配體的構(gòu)效關(guān)系數(shù)據(jù))進行有針對性的先導(dǎo)化合物設(shè)計，這種方法有別于一般普遍篩選的顯著特點在于目的性強，有利于各種構(gòu)效理論的進一步發(fā)展，因此前途十分廣闊。