1 نوامبر 2023 -توسط لوئیز لرنر، دانشگاه شیکاگو-از سمت چپ: مارک لوین، جیسو وو، و تایلر پیرسون، شیمیدان‌های شیکاگو در مورد تکنیک‌های مبادله اتم‌های نیتروژن در مولکول‌ها بحث می‌کنند – تغییری که اغلب توسط شیمیدانان کشف دارو ایجاد می‌شود. اعتبار: جولیا دریسکول
برای سال‌ها، اگر از افرادی که برای تولید داروهای جدید کار می‌کنند بپرسید که چه آرزویی دارند، در بالای فهرست‌هایشان راهی برای جایگزینی آسان اتم کربن با اتم نیتروژن در یک مولکول وجود دارد.
اما دو مطالعه از شیمیدانان دانشگاه شیکاگو که در Science and Nature منتشر شده است، دو روش جدید را برای رفع این آرزو ارائه می دهد. این یافته ها می تواند تولید داروهای جدید را آسان تر کند.
مارک لوین، دانشیار شیمی و نویسنده ارشد هر دو مقاله، گفت: “این مشکل بزرگی است که من آزمایشگاهم را برای حل آن شروع کردم. ما به طور کامل آن را حل نکرده‌ایم، اما دو نکته بزرگ را از این مشکل برداشته‌ایم، و این یافته‌ها پایه روشنی را برای آینده ایجاد می‌کنند.»
در شیمی، یک اتم می تواند تفاوت بزرگی در یک مولکول ایجاد کند. یک اتم کربن را با یک اتم نیتروژن عوض کنید، و نحوه تعامل مولکول دارو با هدف خود می تواند به طور چشمگیری تغییر کند. به عنوان مثال، ممکن است دارو را راحت‌تر به مغز برساند، یا احتمال اینکه در مسیر خود پروتئین‌های اشتباهی را بگیرد، کمتر شود. بنابراین زمانی که دانشمندان در حال تولید داروهای دارویی جدید هستند، اغلب می خواهند یک اتم خاص را مبادله کنند.
مشکل اینجاست که گفتن این کار بسیار ساده تر از انجام آن است. برای ساختن یک مولکول باید قدم به قدم پیش رفت. اگر به انتها رسیدید، اما بعد شروع به آزمایش کنید و فکر کنید که اگر فقط یک اتم را تغییر دهید، دارو ممکن است بهتر عمل کند، باید به ابتدا برگردید و کل فرآیند را دوباره اختراع کنید.
تایلر پیرسون، محقق فوق دکترا که اولین نویسنده در یکی از این مطالعات است، توضیح داد:
“تحلیل هزینه و فایده وجود دارد که وارد عمل می شود. آیا ارزش آن را دارد که از نو شروع کنید؟ یا فقط با آنچه دارید پیش می روید؟”
آزمایشگاه لوین به دنبال یافتن راه‌های جدیدی برای ایجاد تغییرات کوچک در اسکلت یک مولکول بدون بازگشت به خط شروع است.در این مورد، آنها می خواستند راهی برای مبادله یک اتم کربن با یک اتم نیتروژن بیابند – یک مبادله خاص که در شیمی دارویی بسیار رایج است.
اما روش های موجود برای انجام این کار موفقیت محدودی دارند. جیسو وو، دانشجوی فارغ التحصیل و اولین نویسنده در مطالعه دیگر، گفت: “شما ممکن است به طور تصادفی کربن اشتباه را در مولکول حذف کنید و این باعث می شود بقیه مولکول جابجا شود.” این می تواند تاثیر زیادی بر عملکرد مولکول نهایی داشته باشد.
همان اصل که تغییر یک اتم را به طور بالقوه بسیار مفید می کند، طرف دیگر خود را نیز دارد: اگر واکنش حتی یک عارضه جانبی ناخواسته از حرکت یک اتم دیگر داشته باشد، مولکول می تواند برای هدف مورد نظر خود بی فایده شود.
یکی از رویکردها که در مقاله ای در Nature به رهبری دانشجوی فارغ التحصیل جیسو وو بیان شده است، روی مولکول هایی کار می کند که از قبل یک اتم نیتروژن در نزدیکی ساختار دارند. روش جدید حلقه اتم ها را با استفاده از ازن می شکافد و سپس از اولین مولکول نیتروژن برای “هدایت” دومی به داخل استفاده می کند.
روش دیگر که در مقاله ای در Science به رهبری پیرسون توضیح داده شده است، روی مولکول هایی کار می کند که قبلاً اتم نیتروژن ندارند. می تواند به سادگی یک اتم کربن – اتم مناسب – را حذف کند و آن را با یک اتم نیتروژن جایگزین کند.
دانشمندان گفتند که هیچ یک از این دو روش هنوز کامل نیستند. اما آنها راهی به جلو ارائه می دهند که قبلاً وجود نداشت.
لوین گفت که این تکنیک ها مفید هستند زیرا با طرز فکر مردم در هنگام تولید داروهای جدید هماهنگی بیشتری دارند. او گفت: «این کمی شبیه تایپ کردن در رایانه به جای ماشین تحریر است. “این در رایانه بسیار ساده تر است، زیرا به شما امکان می دهد همانطور که فکر می کنید بنویسید، که همیشه خطی نیست.”
دانشمندان خاطرنشان کردند که هر دو راه حل شامل کمی اختراع است.
لوین گفت: “از نظر من، این یک نمونه عالی از خلاقیتی است که شما برای دستیابی به موفقیت در شیمی به آن نیاز دارید.” در هر دوی این‌ها، ما رویدادهای شدیدی داشتیم که نگاهی اجمالی به چیزی غیرعادی به ما می‌داد، و به ما جایگاهی می‌داد که بتوانیم از آن کار کنیم.»
