能讓藥效提升2000倍的逆天技術!

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(不想看詳細說明的人,直接看黑色加粗字體就完事了,小編給你把關,妥妥地)

人們早就發現,某些藥物經過甲基化處理後,藥效可提升2000倍。多年來,開發新葯的科學家們一直想要簡化將藥物甲基化的方法。

甲基化反應將單個氫原子置換成甲基,重塑藥物分子使藥物更容易與靶標相互作用。但是,甲基化說得簡單,實現起來是如此困難,以至於很少研究者嘗試。現在,一個科學團隊報告說,他們發現了一種新型催化劑,可以輕鬆地對各種各樣的類藥物分子進行精細的甲基化,這一發現可能會促進從癌症到傳染性疾病等各種疾病的藥物治療

密歇根大學的有機化學家蒂姆·塞納克(Tim Cernak)說:「這篇論文真是令人驚嘆。」 在此之前,催化甲基化的過程是昂貴且費時的多步驟方法,而新型催化劑可通過一個簡單的步驟來促進反應。蒂姆說:「這是每個藥物研發者的心愿。」 「這是一個夢寐以求的反應。」

伊利諾伊大學的有機化學家克里斯蒂娜·懷特(M. Christina White)解釋說,大多數藥物分子都包含一個桿狀或環狀的碳原子骨架,碳原子上連接有若干個氫原子。科學家就像分子外科醫生,將特定的碳或氫原子切掉,並用氧或氮原子代替。如果研究人員想要添加一個令藥物療效成倍上升的神奇甲基,他們通常必須從頭開始構建一個新的碳鏈骨架。

懷特想找到在碳鏈上直接添加甲基的方法。為此,需要一次去掉一個碳氫(CH)鍵,而又不能使分子中的另外十二個或更多CH鍵斷裂。懷特說,更困難的是,CH鍵是有機分子中最強的鍵之一,很難只改變一個鍵而不影響其他鍵。

懷特說,大自然以「完全不同的方式」構建和重塑分子。生物化學反應是利用複雜的酶進行的,這些酶可以與碳氫化合物的骨架結合,因此可以實現只有一個CH鍵在酶的催化位點(即發生反應的位置)反應。但是,生物酶促反應具有高度的專一性,即每種酶通常僅與一個特定的分子起作用。懷特說:「如果我要研究不同的分子,我就需要一種新的酶。」 「我們希望找到具有通用性的促甲基化酶。」

為了找到這種催化劑,2007年,懷特和當時研究生馬克·陳(Mark Chen)設計了一種雪花狀的化合物,其中心有一個鐵原子,該催化劑可將氧原子添加到藥物分子中的目標位置。但是,它無法在許多分子結構上起作用,比如當靶點附近連接有氮原子時,而這種情況在藥物分子中很常見。

但是懷特的團隊堅持了下去。2019年,她們創造了一種類似的錳基催化劑,該催化劑對含有氮的類藥物分子也可進行氫氧交換。

但這只是第一步。現在,懷特的團隊報告說,他們已經發現了新的催化劑,可以完成「神奇甲基化」工藝。用氧代替氫後,新型催化劑會將三甲基鋁的甲基與含氧基團交換。研究人員最近在《自然》雜誌上報道說,懷特的團隊對41種不同的碳氫化合物進行了這種分子手術,其中包括16種常見的類藥物支架。

懷特說,這種催化劑將使藥物研發者更簡單而便宜地將「神奇的甲基」基團插入分子中,「我們希望能發現更多添加甲基後有神奇療效的藥物。」

阿斯泰克斯製藥公司Astex Pharmaceuticals首席科學官大衛·里斯David Rees說,這可能會出現「藥物大發現」。如果添加甲基確實會增加藥物的效力,醫生可以減少藥物用量,提高藥物安全性並減少副作用。里斯說,他認識的製藥商,「每個人都對此感到興奮。」(科普中國,圖片來源pixabay)

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