اختراق الضوء الأزرق يمكن أن يسرع اكتشاف المخدرات

طور الباحثون طريقة تعتمد على الضوء المرئي، والتي يمكن أن تساعد الكيميائيين على بناء جزيئات أكثر تعقيدًا تشبه الأدوية في خطوات أقل.

يمكن للضوء الأزرق الشائع الاستخدام في أحواض السمك والحدائق الداخلية أن يساعد الكيميائيين على حل أحد التحديات المستمرة لاكتشاف الأدوية: بناء جزيئات أكثر تعقيدًا دون إضافة سلسلة طويلة من التفاعلات المكلفة.

تعتمد العديد من الأدوية على جزيئات صغيرة غنية بالكربون والتي تعتمد آثارها البيولوجية بشكل كبير على شكلها. يمكن أن تعمل الهياكل المسطحة أو البسيطة نسبيًا بشكل جيد، لكن المزيد من الجزيئات ثلاثية الأبعاد قد تناسب الأهداف البيولوجية بدقة أكبر. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تحسين الفاعلية أو الانتقائية، على الرغم من أن إنتاج هذه الهياكل غالبًا ما يستغرق وقتًا إضافيًا وموادًا وخطوات كيميائية.

شارك الباحثون بقيادة الجامعة في بوفالو لقد طوروا الآن تفاعلًا للضوء المرئي يُحدث تغييرين متجاورين على الجزيء في وقت واحد. الدراسة التي نشرت في علوم، يستخدم مصابيح LED الزرقاء، ومحفزًا حساسًا للضوء، وجزيئات متاحة على نطاق واسع تحتوي على روابط الهالوجين الكربوني.

تعتبر مركبات الهالوجين الكربوني أدوات قياسية في الكيمياء العضوية. غالبًا ما يقوم الكيميائيون بإزالة الهالوجين واستبداله بمجموعة أخرى من الذرات، مما يسمح لهم بتغيير خصائص الجزيء. ومع ذلك، في ظل الظروف التقليدية، عادة ما يغير التفاعل الكربون فقط ذرة التي عقدت الهالوجين.

والطريقة الجديدة تصل إلى الكربون المجاور لها أيضًا.

عندما ينشط الضوء الأزرق المحفز، يدخل جزيء البداية لفترة وجيزة في حالة أكثر تفاعلية. خلال تلك الفترة، يمكن للكيميائيين ربط مجموعات جديدة بذرتي كربون متجاورتين في عملية واحدة. والنتيجة هي طريقة أسرع لزيادة التعقيد الهيكلي باستخدام مواد مألوفة وظروف معتدلة نسبيًا.

“لقد استخدمنا الظروف المعتدلة نسبيًا للضوء المرئي لتوسيع ما يمكن أن يفعله الكيميائيون باستخدام مادة الكيمياء العضوية الأساسية منذ فترة طويلة”، كما تقول المؤلفة المقابلة باتريشيا زي. موساتشيو، دكتوراه، أستاذ مساعد في الكيمياء في كلية الآداب والعلوم في جامعة يو بي. “نأمل أن يمنح هذا الكيميائيين طريقًا أسرع للجزيئات المعقدة اللازمة لاكتشاف الأدوية.”

لماذا تغيير ذرتي الكربون مهم؟

تشكل ذرات الكربون الإطار لمعظم الأدوية ذات الجزيئات الصغيرة. تؤثر الذرات والمجموعات الكيميائية المرتبطة بهذا الإطار على شكل المركب واستقراره وقابليته للذوبان وقدرته على التفاعل مع البروتينات في الجسم.

بالنسبة للكيميائيين الطبيين، يمكن لكل تعديل مفيد أن يساعد في الكشف عما إذا كان الجزيء المرشح يرتبط بقوة أكبر بهدفه أو يتجنب التفاعلات غير المرغوب فيها في مكان آخر. لكن كل تفاعل إضافي يخلق أيضًا فرصًا لانخفاض الإنتاج، أو صعوبة التنقية، أو الفشل الكيميائي.

وبالتالي فإن الجمع بين تعديلين في تفاعل واحد يمكن أن يوفر أكثر من خطوة معملية واحدة. قد يقلل من عدد المركبات الوسيطة التي يجب إنتاجها وعزلها واختبارها أثناء البحث عن مرشح دوائي واعد.

“الميزة هي الحصول على تعديلين من تفاعل واحد، في حين أنك عادة تحصل على تعديل واحد فقط”، كما تقول المؤلفة المقابلة الأخرى للدراسة، جينيفر هيرشي، دكتوراه، أستاذ مشارك في الكيمياء في جامعة بينجهامتون. “إن إجراء المزيد من التغييرات في خطوات أقل أمر بالغ الأهمية عند إنشاء أدوية ذات جزيئات صغيرة.”

تبدأ الكيمياء وراء هذه الطريقة بروابط الكربون والهالوجين، وهي واحدة من أكثر الميزات المألوفة والمفيدة في الكيمياء الاصطناعية. عادة ما يتم تقديم ردود الفعل التي تنطوي على هذه الروابط في الدورات الجامعية، ومع ذلك فإن النهج المبني على الضوء يسمح لهم بإنتاج نتائج أقل تقليدية.

داخل “صناديق الجاموس”

تُجرى التجارب في حجرات صغيرة مضاءة تصطف على رفوف مختبر موساكيو. يطلق عليها الفريق اسم “صناديق الجاموس”.

يحتوي كل صندوق على مصابيح LED زرقاء مماثلة لتلك التي تباع لأحواض الأسماك والحدائق الداخلية. تتلقى القوارير الموضوعة بالداخل تعرضًا مضبوطًا للضوء، مما ينشط المحفز ويبدأ التفاعل.

استخدام الضوء المرئي مهم. تعتمد بعض التفاعلات الكيميائية الضوئية على الأشعة فوق البنفسجية ذات الطاقة العالية، والتي يمكن أن تلحق الضرر بالمركبات العضوية الحساسة أو تؤدي إلى تفاعلات جانبية غير مرغوب فيها.

يقول موساكيو: “يمكن للأشعة فوق البنفسجية أن تؤدي إلى تحلل أو تحلل الجزيئات العضوية التي نصنعها، لذا فإن الضوء المرئي هو نهج أكثر اعتدالًا بكثير”.

أصبحت كيمياء الضوء المرئي استراتيجية مفيدة بشكل متزايد للتحكم في التفاعلات التي قد يكون من الصعب تحقيقها بالحرارة وحدها. بدلاً من رفع درجة حرارة الخليط بأكمله، يمكن للضوء نقل الطاقة من خلال محفز ضوئي وفتح مسارات تفاعل جديدة مؤقتًا.

يتيح هذا المسار للكيميائيين الوصول إلى ذرة كربون مجاورة والتي عادةً ما تظل دون تغيير.

الاستخدامات المحتملة تتجاوز رد فعل واحد

ويعتقد الباحثون أن هذه الاستراتيجية يمكن أن تدعم في النهاية أنواعًا أخرى من التحولات الجزيئية. ويخططون أيضًا للعمل مع شركات الأدوية لمعرفة ما إذا كان من الممكن تكييف التفاعل مع المركبات المصممة لأهداف دوائية معينة.

وتقول: “إن الأمل ليس فقط في جعل الأدوية أسرع، ولكن أيضًا في صنع أدوية أكثر تعقيدًا يمكن أن تستهدف أهدافًا طبية أكثر تحديًا”.

المرجع: “الاستبدال المحيطي لمركبات ألكيل C-X عبر توليد الكاتيون الجذري الألكيني” بقلم يوفي تشانغ، تامال داس، زي شوان، مرينموي داس، هامد أو. بيسيريو، ألون نودلر، بن د. باراش، ماثيو د. ريسميني، أوبري إي. جراهام، ديفيد إف واتسون، جينيفر س. هيرشي، وباتريشيا ز. 2026, علوم.

دوى: 10.1126/science.aef0766

تم إجراء هذا العمل بالتعاون مع معهد ورسستر للفنون التطبيقية، حيث عمل موساكيو سابقًا، وجامعة بينجهامتون. وقد تم دعمه من قبل المعهد الوطني للعلوم الطبية العامة، وهو جزء من المعاهد الوطنية للصحة، وبرنامج مؤسسة العلوم الوطنية ACCESS.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.