Πολλά φάρμακα προέρχονται από φυσικά προϊόντα (δηλαδή χημική ένωση ή ένα σύνολο χημικών ουσιών). Αλλά προτού να μπορέσουν να αξιοποιηθούν τα φυσικά προϊόντα, οι χημικοί πρέπει πρώτα να προσδιορίσουν τη δομή και τη στερεοχημεία τους. Ωστόσο αυτή η διαδικασία είναι μία μεγάλη πρόκληση και ένας μεγάλος βραχνάς, ιδιαίτερα όταν τα μόρια δεν μπορούν να κρυσταλλωθούν και περιέχουν μόνο λίγα άτομα υδρογόνου. Μια νέα μέθοδος βασισμένη στο NMR, που αναπτύχθηκε στο Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP), τώρα απλοποιεί την ανάλυση και παράγει πιο ακριβή αποτελέσματα.
Η παρούσα επιστημονική μελέτη έχει δημοσιευθεί στην Εφημερίδα της Αμερικανικής Χημικής Εταιρείας (Journal of the American Chemical Society).
Τα φυσικά προϊόντα είναι παρόντα σε αντιβιοτικά, παυσίπονα και φάρμακα κατά του καρκίνου, που διαδραματίζουν βασικό ρόλο στο 60% περίπου όλων των εγκεκριμένων φαρμάκων του FDA (Οργανισμός Τροφίμων και Φαρμάκων τον ΗΠΑ).
Τα φυτά, οι μύκητες και ορισμένοι θαλάσσιοι οργανισμοί είναι από τις σημαντικότερες πηγές φυσικών προϊόντων, επειδή πολλά από αυτά διαθέτουν χημικές άμυνες που τα προστατεύουν από την καταστροφή.
Ωστόσο, η ταυτοποίηση αυτών των χημικών ενώσεων είναι μία επίπονη διαδικασία. Πρώτον, οι ερευνητές πρέπει να καθορίσουν με ακρίβεια τη δομή και τη στερεοχημεία (χωρική διάταξη των ατόμων) των μορίων.
Χωρίς αυτές τις πληροφορίες, οι χημικοί δεν θα είναι σε θέση να συνθέσουν τα μόρια και να τα αναπτύξουν σε φάρμακα. Επιπλέον, η δομή είναι απαραίτητη για να διαπιστωθεί εάν το μόριο έχει προηγουμένως ανακαλυφθεί.
Εκτός από τη μέθοδο περίθλασης ακτίνων Χ, η οποία μπορεί να εφαρμοστεί μόνο στα κρυσταλλωμένα μόρια, οι χημικοί συνήθως χρησιμοποιούν φασματοσκοπία Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού (NMR) για τον προσδιορισμό της δομής.
Πιο πρόσφατα, η παράμετρος που βασίζεται στο NMR για την “παραμένουσα ανισοτροπία χημικής μετατόπισης” έχει αποκτήσει ιδιαίτερη σημασία στο πλαίσιο αυτό. Μελέτες από τα τελευταία δύο έως τρία χρόνια έχουν δείξει ότι αυτή η παράμετρος διευκολύνει τον ακριβή προσδιορισμό της δομής και της στερεοχημείας των οργανικών μορίων. Ωστόσο, αυτό απαιτεί τη χρήση ειδικών οργάνων που δεν είναι διαθέσιμα σε όλα τα εργαστήρια, με αρνητική συνέπεια η μέθοδος ανάλυσης να θεωρείται χρονοβόρα.
Η απλοποιημένη μέθοδος παράγει ακριβέστερα αποτελέσματα
Οι ερευνητές από το Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) έχουν πλέον αναπτύξει μια μέθοδο που επιτρέπει την μέτρηση της παραμένουσας ανισοτροπίας χημικής μετατόπισης πολύ πιο εύκολα και αποτελεσματικά. Οι συνεργάτες τους από την Κίνα (Ινστιτούτο Ωκεανολογίας, Κινεζική Ακαδημία Επιστημών) και Βραζιλία (Universidade Federal de Pernambuco) συμμετείχαν επίσης στην έρευνα, η οποία δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Journal of the American Chemical Society .
Το πείραμα περιλαμβάνει τη συνένωση φυσικών προϊόντων με ένα εμπορικά διαθέσιμο πεπτίδιο με αλληλουχία ΑΑΚΙ_νΡΡΡ. Διαλυμένο σε μεθανόλη, τα πεπτίδια μετασχηματίζονται σε υγρούς κρυστάλλους, δίδοντας στα φυσικά προϊόντα έναν προσανατολισμό στο μαγνητικό πεδίο. Αυτός ο συγκεκριμένος προσανατολισμός μας επιτρέπει να μετρήσουμε την παραμένουσα χημική μετατόπιση των μορίων ως παράμετρο, η οποία με τη σειρά της παρέχει ακριβείς πληροφορίες για τη δομή και τη στερεοχημεία τους”, δήλωσε ο χημικός Sun, περιγράφοντας τη νέα μέθοδο.
Το παράδειγμα της θαλιδομίδης δείχνει πόσο σημαντικό είναι να προσδιοριστεί σωστά η στερεοχημεία των ενώσεων.
Ανάλυση φυσικών προϊόντων από τον ωκεανό
Για την τρέχουσα μελέτη τους, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα προηγουμένως ανεξερεύνητο φυσικό προϊόν: την spiroepicoccin A (ελληνικά σπιροεπικοκκίνη Α) που απομονώθηκε από τους θαλάσσιους μικροοργανισμούς. Η ουσία, που έχει ληφθεί από βάθος μεγαλύτερο από 4.500 μέτρα, έχει μόνο λίγα άτομα υδρογόνου συνδεδεμένα με τους στερεοκέντρους της, γεγονός που αποτελεί πρόκληση για καθιερωμένες μεθόδους NMR.
Χάρη στη νέα μέθοδο μέτρησης, ωστόσο, η δομή και η στερεοχημεία του φυσικού προϊόντος διασαφηνίστηκαν ξεκάθαρα.
Οι ερευνητές εξήγησαν πως: «Παρόλο που η μέθοδος μας μας επιτρέπει να μετράμε μόνο τη σχετική και όχι την απόλυτη στερεοχημεία, η εργασία μας συμβάλλει σημαντικά στην απλούστευση του προσδιορισμού των φυσικών προϊόντων. Φαίνεται ότι οι φαρμακευτικές εταιρείες έχουν ήδη εκφράσει ενδιαφέρον για τη νέα διαδικασία πού εφηύραμε, επειδή η μέθοδος επιταχύνει και απλοποιεί την δημιουργία νέων φαρμάκων, η οποία είναι και ο βασικότερος στόχος μας».
