ساخت داروهای حیاتی با روشی نوین: انقلاب در تولید پیپریدین‌ها

روش نوین در تولید پیپریدین‌ها

تیمی از دانشمندان شیمی از مؤسسه تحقیقاتی اسکریپس و دانشگاه رایس، راهی تازه برای آسون‌تر کردن ساخت پیپریدین‌ها، که جزو مهم‌ترین عناصر تشکیل‌دهنده داروهای مختلف هستن، معرفی کردن. این پژوهش که تو مجله Science چاپ شده، ترکیب جالبی از اکسیداسیون کربن-هیدروژن بیوکاتالیستی و کراس‌کاپلینگ رادیکالی رو نشون می‌ده و یه روش ساده و به‌صرفه برای ساختن مولکول‌های پیچیده و سه‌بعدی ارائه میده. این پیشرفت می‌تونه به سرعت بخشیدن به کشف داروها و بالا بردن راندمان شیمی دارویی کمک کنه.

مشکلات پیش روی شیمیدان‌های دارویی امروزی

شیمی‌دان‌های دارویی امروزه با چالش‌های زیادی روبرو هستن، چون دنبال مولکول‌های پیچیده‌ای می‌گردن که بتونن روی اهداف بیولوژیکی سخت‌گیرانه اثر بذارن. روش‌های قدیمی برای ساخت مولکول‌های مسطح و دوبعدی، مثل پیریدین‌ها، جا افتاده و شناخته شده هستن، ولی راه‌کارهای مربوط به همون مولکول‌های سه‌بعدی، مثل پیپریدین‌ها، خیلی سخت‌تر بودن. برای برطرف کردن این مشکل، تیم تحقیقاتی یه فرآیند دو مرحله‌ای برای اصلاح پیپریدین‌ها که تو خیلی از داروها اهمیت دارن، معرفی کردن.

مراحل جدید ساخت پیپریدین‌ها

مرحله اول از اکسیداسیون کربن-هیدروژن بیوکاتالیستی استفاده می‌کنه، یه روش که توش آنزیم‌ها، یه گروه هیدروکسیل رو با دقت به نقاط خاصی از مولکول‌های پیپریدین اضافه می‌کنن. این فرآیند شبیه یه تکنیک شیمیایی رایج به اسم جانشینی آروماتیک الکتروفیلی هست که برای مولکول‌های مسطح مثل پیریدین‌ها کاربرد داره، اما اینجا تو ساختار سه‌بعدی استفاده میشه.

تو مرحله دوم، این پیپریدین‌ها که تازه تغییر کردن، تحت کراس‌کاپلینگ رادیکالی با کمک الکتروکاتالیز نیکل قرار می‌گیرن. این روش خیلی خوب پیوندهای جدید کربن-کربن رو ایجاد می‌کنه و بخش‌های مختلف مولکولی رو به هم وصل می‌کنه، بدون اینکه نیاز به مراحل اضافی باشه، مثل اضافه کردن گروه‌های محافظ که بعضی قسمت‌های مولکول رو تو زمان ساخت محافظت می‌کنن یا استفاده از کاتالیزورهای گران‌قیمت فلزات باارزش مثل پالادیوم. این فرآیند دو مرحله‌ای، طرز ساختن پیپریدین‌های پیچیده رو خیلی ساده‌تر می‌کنه.

اهمیت این نوآوری

هانس رناتا، که از نویسنده‌های این مقاله و استاد شیمی تو دانشگاه رایس هست، گفت: “ما اساساً یه روش مدولار برای ساده کردن ساخت پیپریدین درست کردیم، مثل کاری که کراس‌کاپلینگ پالادیوم تو شیمی پیریدین چند دهه قبل انجام داد و یه تحول به‌وجود آورد.” اون اضافه کرد: “این یه ابزار قدرتمنده برای باز کردن فضاهای مولکولی جدید برای کشف داروها.”

تحقیقات جدید در ساخت پایدار پیپریدین‌های ارزشمند

تحقیقات نشون میده که میشه به‌صورت بهینه و با راندمان بالا، تعداد زیادی پیپریدین‌ باارزش که تو محصولات طبیعی و داروها استفاده میشن، مثل آنتاگونیست‌های گیرنده نوروکینین، عوامل ضدسرطان و آنتی‌بیوتیک‌ها رو ساخت. این روش تعداد مراحل رو از 7 تا 17 مرحله به 2 تا 5 مرحله کاهش داده و خیلی راندمان و هزینه‌ها رو بهتر کرده. این پیشرفت برای شیمی‌دان‌های دارویی و محققان خیلی مهمه.

این روش با ارائه یه استراتژی عمومی برای دسترسی سریع به مولکول‌های پیچیده سه‌بعدی، وابستگی به فلزات گرون‌قیمت مثل پالادیوم رو کم می‌کنه و راه‌های ساخت که قبلاً سخت بودن رو آسون‌تر می‌کنه. برای توسعه دارو، این یعنی دسترسی سریع‌تر به دروهای نجات‌بخش، کم شدن هزینه‌های تولید و یه رویکرد پایدار برای ساخت داروهای کاندید.

رناتا گفت: “این کار، قدرت ترکیب تبدیل‌های آنزیمی برای اکسیداسیون انتخابی کربن-هیدروژن و کپل‌های مدرن رو برای باز کردن فضاهای مولکولی جدید تو کشف دارو نشون میده.” یو کاواماتا، یکی دیگه از نویسنده‌ها و محقق تو دپارتمان شیمی در مؤسسه اسکریپس، اضافه کرد: “با ترکیب اکسیداسیون بیوکاتالیستی و کانکت کردن رادیکالی، ما دسترسی به مولکول‌هایی رو ممکن می‌کنیم که قبلاً غیرقابل دسترس یا خیلی گرون بودن.”

این روش، امکانات جدیدی برای طراحی و ساخت داروها باز می‌کنه، مخصوصاً با توجه به اینکه صنعت به سمت ساختارهای مولکولی سه‌بعدی برای بالا بردن کیفیت و عملکرد داروها میره. بیماران و سیستم‌های بهداشتی هم ممکنه از راه‌های سریع‌تر و کارآمدتر به داروهای حیاتی بهره ببرن، که می‌تونه هزینه‌ها رو کم کنه و دسترسی به درمان‌های جدید رو زیاد کنه.

علاوه بر رناتا و کاواماتا، فیل باران، استاد دپارتمان شیمی در مؤسسه اسکریپس، هم از نویسنده‌های این مقاله بود. جیان هه، همکار پسا‌دکتری در اسکریپس و کنتا یوکویی، محقق پسا‌دکتری در رایس، نویسنده‌های اصلی این مقاله بودن. بریانا ویکستد، دانشجو در آزمایشگاه رناتا در رایس که تحت حمایت گرنت تجربیات تحقیقاتی بنیاد ملی علوم مشغول تحصیل هست، و بن‌شیانگ ژانگ، محقق پسا‌دکتری در اسکریپس، هم تو این کار مشارکت داشتن. حمایت مالی این تحقیق توسط مؤسسات ملی بهداشت (GM-118176 و GM-128895)، بنیاد ولچ (C2159)، کمک‌های مالی از بنیاد نایتو و گرنت NSF REU 2150216 تامین شده.