应用笔记 - 磁共振

NMR管生物反应器中的药物发现

“我们已经开发出一种绿色、省时的低成本方法,为药物研发提供了从天然产物到先导化合物的简单途径。”

“我们已经开发出一种绿色、省时的低成本方法,为药物研发提供了从天然产物到先导化合物的简单途径。”

进行天然产品改性并筛选出潜在药物非常困难、昂贵而且耗时。一组欧洲研究人员发明了一种利用NMR管生物反应器进行快速、环保的合成与筛选的新方法。

通过对天然化合物进行小的改性,可以产生出有效的药物分子。然而,一些天然分子十分复杂,这意味着对其进行改性时需要对多种官能团加以保护,这会导致复杂的化学过程。因此,合成新的天然衍生物并确定哪些可能是潜在的药物化合物是一个耗时且昂贵的过程。

酶可以在无需进行官能团保护的情况下对基质分子进行多种改性,从而提供高选择性、高特异性和高效性。

此外,酶法工艺通常非常环保,与传统的化学工艺相比,产生废物最少,且能耗更低。因此,利用酶来制造新分子可以彻底改变药物的发现过程。

来自希腊和意利的一个研究小组最近设计了一种方法来筛选天然化合物,以确定它们是否可以通过酶来改性,以及由此得到的产物是否有潜力成为一种新的药物分子。3

他们的方法是在一个三段式工艺中采用核磁共振(NMR)管作为生物反应器。首先,他们将天然产物库和转化酶导入NMR管。

利用饱和转移差(STD)1D NMR对结合了转化酶的天然产物进行了鉴定。在此阶段,反应所需的其它组分尚未添加到溶液中,从而阻止了反应的进行,并使对酶-基质复合体的检测成为可能。

一旦确定了某种潜在的基质,就将其与酶转化所需的其它试剂和转化酶的固定化版本一起添加到洁净的NMR管中。采用原位2D 1H-13C HSQC NMR对反应过程进行实时监测。

反应完成后,将目标蛋白导入同一NMR管,并使用STD 1D NMR来测定天然衍生产物分子是否与蛋白质发生相互作用。所有NMR实验均采用配备TXI低温探针的布鲁克 AV-500质谱仪进行。

研究人员后来用同样的方法从天然类黄酮中产生出新分子,并探查其中有无与α-突触核蛋白发生相互作用,α-突触核蛋白是一种与帕金森氏症和其它神经退行性疾病的演化有关的蛋白质。

研究小组成功制造出一种能与α-突触核蛋白结合的基质,使其成为潜在的候选药物。

迄今为止,天然产物的改性与筛选一直是药物研发过程中一个复杂、昂贵而且耗时的环节。与传统的化学方法相比,这种利用酶和NMR生物反应器的新方法简单、经济、环保并且快捷。

这项技术可以应用于一系列其它天然产物、酶转化和靶标蛋白,以创造出无数潜在的新疗法。

參考:
Chatzikonstantinou, A. V., et al. Enriching the biological space of natural products and charting drug metabolites, through real-time biotransformation monitoring: The NMR tube bioreactor. BBA – General Subjects, 2018. DOI: 10.1016/j.bbagen.2017.09.021.