Khảo sát khám phá thuốc tìm chất dẫn đầu và tối ưu hóa tương tác với đích tác động

Có bằng chứng rõ ràng rằng thụ thể D 2 chịu trách nhiệm về các tác dụng phụ khôngmong muốn của Parkinsoniantype đối với các loại thuốc hiện tại và do đó nghiên cứu hiệnđang được tiến hàn

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2

2.1 Chọn bệnh: 2

2.2 Chọn tác động thuốc: 2

2.2.1 Tác động của thuốc: 2

2.2.2 Khám phá tác động của thuốc: 3

2.2.3 Nhắm vào mục tiêu đặt hiệu và tính chọn lọc giữa các loài: 4

2.2.4 Nhắm tới tác động đặc hiệu và tính chọn lọc trong cơ thể: 5

2.2.5 Nhắm đến tác động của thuốc đến các cơ quan và các mô cụ thể: 6

2.2.6 Khó khăn 6

2.2.7 Thuốc đa tác động: 7

2.3 Xác định xét nghiệm sinh học: 8

2.3.1 Lựa chọn xét nghiệm sinh học: 8

2.3.2 Thử nghiệm in vitro 9

2.3.3 Thử nghiệm in vitro: 10

2.3.4 Giá trị thử nghiệm: 11

2.3.5 Sàng lọc thông lượng cao : 12

2.3.6 Sàng lọc bằng cộng hưởng từ hạt nhân: 13

2.3.7 Sàng lọc mối quan hệ: 14

2.3.8 Cộng hưởng plasmon bề mặt 14

2.3.9 Nhấp nháy tiếp cận khảo nghiệm 16

2.3.10 nhiệt lượng chuẩn độ đẳng nhiệt 16

2.3.11 Sàng lọc ảo: 17

2.4 Tìm một hợp chất của chất dẫn đầu 17

2.4.1 Sàng lọc các sản phẩm tự nhiên 17

2.4.2 Văn hóa y tế dân gian 22

2.4.3 Sàng lọc các hợp chất tổng hợp: 23

2.4.4 Thuốc hiện có: 24

2.4.5 Bắt đầu từ phối tử tự nhiên hoặc tác nhân điều biến: 27

2.4.6 Tổng hợp tổ hợp và song song: 28

2.4.7 Hỗ trợ thiết kế điện toán hợp chất dẫn đầu : 29

2.4.8 Phát hiện bất ngờ và tâm lý chuẩn bị: 29

2.4.9 Tìm kiếm bằng máy tính của cơ sở dữ liệu cấu trúc: 30

i

2.4.10 Khám phá đoạn base: 30

2.4.11 Tính chất của hợp chất dẫn đầu: 33

2.5 Cách ly và tinh chế: 34

2.6 Làm rõ cấu trúc : 34

2.7 Thảo dược: 35

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37

Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 40

4.1 Mối quan hệ hoạt động cơ cấu 40

4.1.1 Vai trò liên kết của rượu và phenol 41

4.1.2 Vai trò liên kết của vòng thơm 43

4.1.3 vai trò ràng buộc của Alken 44

4.1.4 Vai trò ràng buộc của xeton và aldehyt 45

4.1.5 Vai trò ràng buộc của các amin 46

4.1.6 vai trò liên kết của amit 49

4.1.7 Vai trò liên kết các muối amoni bậc bốn 51

4.1.8 vai trò liên kết của axit cacboxylic 52

4.1.9 Vai trò liên kết của este 53

4.1.10 vai trò gắn kết của alkyl halogenua và aryl halogenua 54

4.1.11 Vai trò liên kết của thiol và ete 55

4.1.12 Vai trò liên kết của các nhóm chức năng khác 55

4.1.13 Vai trò liên kết của nhóm alkyl và bộ khung carbon 55

4.1.14 Vai trò liên kết của dị vòng 56

4.1.15 Isosteres 59

4.1.16 Thủ tục kiểm tra 61

4.1.17 SAR trong tối ưu hóa thuốc 61

4.2 Xác định dược điển 62

4.3 Chiến lược tối ưu hóa dược trong thiết kế thuốc 63

4.3.1 Biến thể của nhóm thế 64

4.3.1.1 Alkyl nhóm thế 64

4.3.2 Mở rộng của cấu trúc 68

4.3.3 Mở rộng hợp đồng chuỗi 69

4.3.4 Sự mở rộng vòng/ sự so vòng 69

4.3.5 Biến thể vòng 70

4.3.6 Hợp nhất vòng 72

4.3.7 Isosteres và bioisosteres 72

ii

4.3.8 Đơn giản hóa cấu trúc: 75

4.3.9 Sự cứng của cấu trúc: 77

4.3.10 Thuốc chẹn kết hợp: 80

4.3.11 Thiết kế thuốc dựa trên cấu trúc và mô hình phân tử: 81

4.3.12 thiết kế thuốc bằng NMR quang phổ: 82

4.3.13 Các yếu tố của may mắn và cảm hứng: 82

4.3.14 Thiết kế các loại thuốc tương tác với nhiều hơn một tác động: 83

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 86

iii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

NOS : nitric oxide synthase

ACE ; angiotensin-converting enzyme

IC 50 : concentration of drug required to inhibit a target by 50%CHO : cells Chinese hamster ovarian cells

HIV : human immunodefi ciency virus

HTS : high-throughput screening

NMR : nuclear magnetic resonance

PR : surface plasmon resonance

SPA : scintillation proximity assay

ITC isothermal titration calorimetry

CCK : cholecystokinin

5-HT 5 -hydroxytryptamine (serotonin)

GABA : γ-aminobutyric acid

CNS : central nervous system

SAR : s tructure–activity relationships

CLogP : calculated logarithm of the partition coefficient

COX: cyclooxygenase

QSAR : quantitative structure–activity relationshis

MTDD : multi-target drug discover

iv

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

Hiện nay, bệnh nhân đang phải chi trả một số tiền rất lớn cho các đơn thuốc điều trị bệnh, đây là gánh nặng lớn đối với bệnh nhân và gia đình Bài viết này trình bày quá trình nguyên cứu phát triển của thuốc mới nói chung và chất dẫn đầu nói riêng, thông qua đó tối ưu hóa tương tác thuốc hạn chế tối thiểu tác dụng phụ của thuốc Quá trình nghiên cứu là môt quá trình lâu dài, phức tạp Trung bình để ra đời một thuốc mới tiêu tốn 1 tỷ đô la Mỹ, kéo dài từ 10 đến 15 năm bao gồm nhiều giai đoạn khác nhau Mỗi quốc gia sử dụng một bộ tiêu chuẩn riêng trong việc quản lý, lưu hành thuốc Hiện nay, các thuốc đặc trị được lưu hành trên thị trường Việt Nam, đặc biệt các thuốc điều trị ung thư phần lớn được nhập khẩu từ nước ngoài, trong đó phổ biến từ Mỹ Trong quá trình nguyên cứu thuốc mới, sự an toàn của bệnh nhân được quan tâm hàng đầu Vậy việc tìm chất dẫn đầu và tối ưu hóa tương tác với đích tác động như thế nào? Đây là vấn đề thực tiễn được đặt ra

Cuốn tiểu luận này được biên soạn để hiểu rõ hơn tìm chất dẫn đầu và tối ưu hóa tương tác với đích tác động gồm hai phần chính: phần 1 Nguyên cứu chế tạo thuốc: Tìm chất dẫn đầu, phần 2 thiết kế thuốc : tối ưu hóa tương tác với đích tác động.

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU2.1 Chọn bệnh:

Làm thế nào để một công ty dược phẩm quyết định bệnh để nhắm mục tiêu khi thiết kếmột loại thuốc mới Rõ ràng nó sẽ làm cho tinh thần để tập trung vào các bệnh, nơi có mộtnhu cầu về loại thuốc mới Tuy nhiên, các công ty dược phẩm phải xem xét các yếu tốkinh tế cũng như y tế Một khoản đầu tư khổng lồ này phải được thực hiện trong nghiêncứu và phát triển một loại thuốc mới Do đó, công ty phải đảm bảo rằng họ nhận đượcmột lợi nhuận tài chính tốt cho đầu tư Kết quả là dự án nghiên cứu có xu hướng tậptrung vào các bệnh quan trọng ở các nước phát triển vì đây là thị trường tốt nhất có thể đủkhả năng loại thuốc mới Một số lượng lớn các nghiên cứu được thực hiện trên các bệnhnhư đau nửa đầu, trầm cảm loét, ung thư, cúm béo phì và bệnh tim mạch Ít được thựchiện trên các bệnh nhiệt đới của thế giới đang phát triển Chỉ khi nào bệnh đó bắt đầu đểthực hiện một tác động đối với xã hội phương Tây làm các công ty dược ngồi dậy và chú

ý Ví dụ đã có một sự gia tăng đáng kể trong nghiên cứu sốt rét do hậu quả của sự giatăng du lịch đến nhiều quốc gia kỳ lạ và sự lây lan của bệnh sốt rét vào các bang phía namcủa Hoa Kỳ Hơn nữa công ty dược phẩm đang tham gia nhiều hơn trong quan hệ đối tácvới các chính phủ và các tổ chức từ thiện như tổ chức như Wellcome Trust, quỹ Bill vàMelinda Gates Foundation và thuốc điều trị Sốt rét để nghiên cứu các bệnh như sốt rét vàsốt xuất huyết, bệnh lao

Việc chọn bệnh để giải quyết thường là một vấn đề cho một nhà chiến lược thị trường củacông ty Các khoa học trở nên quan trọng ở giai đoạn tiếp theo

2.2 Chọn tác động thuốc:

2.2.1 Tác động của thuốc:

Khi một khu vực điều trị đã được xác định giai đoạn tiếp theo là xác định một mục tiêuthuốc thích hợp (ví dụ thụ enzym hoặc axit nucleic) Một sự hiểu biết trong đóbiomacromolecules đang tham gia vào một trạng thái bệnh đặc biệt rõ ràng là quan trọng Điều này cho phép nhóm nghiên cứu dược liệu để xác định xem cơ chủ vận hoặc đốikháng nên được thiết kế cho một thụ đặc biệt hay các chất ức chế nên được thiết kế chomột loại enzyme đặc biệt Ví dụ thuốc chủ vận của thụ thể serotonin rất hữu ích cho việcđiều trị đau nửa đầu khi đối kháng thụ thể dopamin có ích như thuốc chống trầm cảm Đôikhi nó không được biết đến với một số liệu một mục tiêu cụ thể sẽ phù hợp hay không Ví

dụ thuốc chống trầm cảm ba vòng như desipramine (Hình 2.1) được biết là ức chế sự hấpthu của noradrenaline dẫn truyền thần kinh từ synapse thần kinh bằng cách ức chế các

protein vận chuyển đối với noradrenaline Tuy nhiên các loại thuốc này cũng ức chế sựhấp thu của một chất dẫn truyền thần kinh serotonin gọi riêng biệt và khả năng phát sinh

mà ức chế sự hấp thu serotonin cũng có thể có lợi Một tìm kiếm cho các chất ức chế hấpthu serotonin có chọn lọc được khởi xướng dẫn đến việc khám phá ra bán tốt nhấtfluoxetine thuốc chống trầm cảm (Prozac) (Hình 12.1) nhưng khi dự án này được khởixướng nó không được biết đến với một số liệu chất ức chế serotonin hấp thu sẽ có hiệuquả hay không

2.2.2 Khám phá tác động của thuốc:

Nếu một loại thuốc hoặc một chất độc tạo ra một hiệu ứng sinh học có phải là một mụctiêu phân tử cho rằng đại lý trong cơ thể Trong quá khứ, khám phá các mục tiêu thuốcphụ thuộc vào việc tìm kiếm thuốc đầu tiên Nhiều loại thuốc đầu như morphine giảm đau

là những sản phẩm tự nhiên có nguồn gốc từ thực vật và chỉ xảy ra tương tác với một mụctiêu phân tử trong cơ thể con người Vì đây liên quan đến việc trùng hợp ngẫu nhiên hơnthiết kế, việc phát hiện các tác động của thuốc đã được rất nhiều vụ đánh và bỏ lỡ Sau

đó, sứ giả hóa học bắt đầu được phát hiện và chỉ ngón tay vào các tác động xa hơn Ví dụ

từ những năm 1970 một loạt các peptide và protein đã được phát hiện mà hành động nhưbodys sở hữu thuốc giảm đau (enkephalins và endorphins) Một ví dụ khác là việc phát

hiện ra khá ngạc nhiên khi hành vi oxit nitric là một sứ giả hóa học Mặc dù vậy tươngđối ít trong những sứ giả của cơ đã được xác định hoặc vì họ đã có mặt ở số lượng nhỏnhư vậy hoặc vì họ quá ngắn ngủi để được cô lập.Trên thực tế nhiều sứ giả hóa học vẫncòn chưa được khám phá ngày hôm nay Điều này sẽ có nghĩa là rất nhiều các thuốc tiêu

tiềm năng của cơ vẫn còn tiềm ẩn Hoặc ít nhất nó đã làm Các tiến bộ trong hệ gen vànghiên cứu protein trong quy mô lớn đã thay đổi tất cả những gì Các dự án bộ gen khácnhau đã lập bản đồ ADN của con người và các dạng sống khác cùng với các lĩnh vực mớihơn của proteomics (phần 2.6) được tiết lộ một số lượng ngày càng tăng của các proteinmới là thuốc tiêu tiềm năng cho tương lai Những mục tiêu đã quản lý để ở lại ẩn rất lâuđến nỗi sứ giả hóa học tự nhiên của họ cũng chưa được biết và lần đầu tiên hóa dược đangphải đối mặt với những mục tiêu mới nhưng không có hợp chất chì để tương tác với

họ mục tiêu đó đã được định nghĩa là thụ mồ côi Thách thức hiện nay là tìm một loại hóachất đó sẽ tương tác với nhau của các mục tiêu này để tìm hiểu những gì chức năng củachúng là gì và liệu họ sẽ phù hợp như thuốc tiêu Đây là một trong những động lực chínhđằng sau sự phát triển của tổng hợp tổ hợp và song song

2.2.3 Nhắm vào mục tiêu đặt hiệu và tính chọn lọc giữa các loài:

Tác động đặc hiệu và tính chọn lọc là một yếu tố quan trọng trong việc nghiên cứu hóadược hiện đại Các chọn lọc hơn một loại thuốc là dành cho mục tiêu của mình cơ hội ít

có là nó sẽ tương tác với các mục tiêu khác nhau và có tác dụng phụ không mong muốn.Trong lĩnh vực tác nhân kháng khuẩn các mục tiêu tốt nhất để lựa chọn là những ngườiđược duy nhất cho các loại vi khuẩn và không có mặt ở người Ví dụ penicillin nhắm mộtloại enzyme tham gia vào tổng hợp vách tế bào vô khuẩn Tế bào động vật có vú không

có vách tế bào nên enzyme này vắng mặt trong các tế bào của con người và penicilin có íttác dụng phụ Trong một tĩnh mạch tương tự sulphonamide ức chế một enzyme vi khuẩnkhông có mặt trong các tế bào của con người và một số đại lý dùng để điều trị AIDS ứcchế một loại enzyme gọi là virus sao chép ngược mà là duy nhất cho các tác nhân lâynhiễm HIV

Tính năng di động khác mà là duy nhất cho vi sinh vật cũng có thể được nhắm mụctiêu Ví dụ như các vi sinh vật gây bệnh ngủ ở châu Phi được đẩy bằng phương tiện củamột cấu trúc đuôi giống như gọi một roi Tính năng này không có mặt trong các tế bàođộng vật có vú để thiết kế các loại thuốc liên kết với protein chiếm roi và ngăn chặn nó từlàm việc có thể là khả năng hữu ích trong điều trị bệnh đó

Có nói tất cả những gì nó vẫn còn có thể thiết kế các loại thuốc chống lại các mục tiêutrong đó có mặt cả ở người và vi khuẩn miễn là thuốc chọn lọc hiển thị so với mục tiêu visinh vật May mắn thay này là hoàn toàn khả thi Một enzyme xúc tác phản ứng trong một

tế bào vi khuẩn khác nhau đáng kể so với enzyme tương đương trong một tế bào của conngười Các enzym này có thể có nguồn gốc từ một tổ tiên chung cổ đại, nhưng vài triệu

năm tiến hóa đã dẫn đến sự khác biệt về cấu trúc đáng kể Ví dụ, tác nhân kháng nấmfluconazole (hình 2.2) ức chế men demethylase nấm liên quan đến sinh tổng hợp steroid.Enzyme này cũng có mặt ở người, nhưng sự khác biệt về cấu trúc giữa hai loại enzymenày là đủ quan trọng để chất chống nấm có khả năng chọn lọc cao đối với enzyme nấm

2.2.4 Nhắm tới tác động đặc hiệu và tính chọn lọc trong cơ thể:

Chọn lọc cũng rất quan trọng đối với thuốc tác động lên tác động trong cơ thể Các chất

ức chế enzyme chỉ nên ức chế enzyme mục tiêu và không phải một số enzyme khác Đốikháng/chống đối kháng thụ lý tưởng nên tương tác với một loại cụ thể của thụ thể (ví dụnhư các thụ thể adrenergic) chứ không phải là một loạt các thụ thể khác nhau Tuy nhiênhiện nay các nhà hóa học dược liệu nhằm mục đích cho các tiêu chuẩn cao hơn về mụctiêu chọn lọc Lý tưởng nhất là enzyme ức chế nên hiển thị chọn lọc giữa các isozymekhác nhau của một loại enzyme (isozyme là các biến thể cấu trúc của một loại enzyme mà

là kết quả của chuỗi axit amin khác nhau hoặc structuresection bậc bốn 3.7) Các chất ứcchế chọn lọc đối với một trong những đồng dạng (nNOS) đều có thể có ích trong điều trịbại não và các bệnh thoái hóa thần kinh khác

Receptor chống đối kháng và đối kháng nên không chỉ hiển thị chọn lọc cho một thụ đặcbiệt (ví dụ như một adrenergic) hoặc thậm chí một loại thụ thể (ví dụ như các thụ thể β-adrenergic) mà còn cho một kiểu phụ thụ đặc biệt (ví dụ như β 2 thụ thể -adrenergicMộttrong những lĩnh vực nghiên cứu hiện tại là tìm thuốc chống rối loạn thần kinh với ít tácdụng phụ hơn Các thuốc chống loạn thần truyền thống hoạt động như chất đối kháng củacác thụ thể dopamine Tuy nhiên, nó đã được tìm thấy rằng có năm loại phụ thụ thểdopamine và các thuốc chống loạn thần truyền thống đối kháng hai trong số này (D 3 và

D 2) Có bằng chứng rõ ràng rằng thụ thể D 2 chịu trách nhiệm về các tác dụng phụ khôngmong muốn của Parkinsoniantype đối với các loại thuốc hiện tại và do đó nghiên cứu hiệnđang được tiến hành để tìm ra một chất đối kháng D 3 có chọn lọc

2.2.5 Nhắm đến tác động của thuốc đến các cơ quan và các mô cụ thể:

Nhắm mục tiêu các loại thuốc chống phân nhóm thụ thể đặc hiệu thường cho phép thuốcđược nhắm mục tiêu đến các cơ quan cụ thể hoặc các khu vực cụ thể của não Điều này là

do kiểu phụ receptor khác nhau được phân bố không đều trên toàn cơ thể nhưng thườngtập trung ở các mô đặc biệt Ví dụ các thụ thể β-adrenergic ở trung tâm được chủ yếu làbeta 1 trong khi những người trong phổi đang beta 2 Điều này làm cho nó khả thi để thiết

kế các loại thuốc sẽ làm việc trên phổi với một tác dụng phụ tối thiểu về trung tâm vàngược lại

Đạt được kiểu phụ chọn lọc là đặc biệt quan trọng đối với các loại thuốc được dùng để bắtchước dẫn truyền thần kinh Dẫn truyền thần kinh được giải phóng gần thụ mục tiêu của

họ và một khi họ đã truyền lại thông điệp của họ, họ đang nhanh chóng ngừng hoạt động

và không có cơ hội để chuyển lên các thụ xa hơn Vì vậy chỉ có những thụ thể được nuôidưỡng bởi các dây thần kinh sống được bật Trong nhiều bệnh, có một "lỗi truyền" tớimột mô cụ thể hoặc trong một vùng cụ thể của não Ví dụ, trong bệnh Parkinson, truyềndopamine là thiếu ở một số vùng của não, mặc dù nó hoạt động bình thường ở những nơikhác Một loại thuốc có thể được dùng để bắt chước dopamine trong não Tuy nhiên, mộtloại thuốc như vậy hoạt động như một loại hormon chứ không phải là chất dẫn truyềnthần kinh vì nó phải di chuyển quanh cơ thể để đạt được mục tiêu của nó Điều này cónghĩa là thuốc có thể có khả năng 'chuyển đổi' tất cả các thụ thể dopamin xung quanh cơthể và không chỉ những người bị thiếu hụt dopamine Các loại thuốc như vậy sẽ có một sốlượng lớn các tác dụng phụ, vì vậy điều quan trọng là làm cho thuốc càng chọn lọc càngtốt đối với loại đặc biệt hoặc phân nhóm thụ thể dopamine bị ảnh hưởng trong não Th sẽnhắm mục tiêu thuốc hiệu quả hơn vào vùng bị ảnh hưởng và giảm tác dụng phụ ở nhữngnơi khác trong cơ thể

2.2.6 Khó khăn

Một lời cảnh cáo! Có thể xác định xem một loại enzyme hoặc thụ thể cụ thể có vai tròtrong một bệnh cụ thể hay không Tuy nhiên, cơ thể là một hệ thống rất phức tạp Đối vớibất kỳ chức năng nhất định nào, thường có một số sứ giả, thụ thể và enzyme tham gia vàoquá trình này Ví dụ, không có một nguyên nhân đơn giản cho tăng huyết áp (huyết áp

cao) Điều này được minh họa bởi sự đa dạng của các thụ thể và enzyme có thể đượcnhắm mục tiêu trong điều trị của nó Chúng bao gồm β 1 -adrenoceptors, các kênh ioncanxi, men chuyển đổi angiotensin (ACE), các kênh ion kali và các thụ thể angiotensin II.Kết quả là, nhiều hơn một mục tiêu có thể cần phải được giải quyết cho một bệnh cụ thể(Hộp 12.2) Ví dụ, hầu hết các liệu pháp điều trị hen suyễn hiện nay liên quan đến sự kếthợp của thuốc giãn phế quản (β 2- chủ vận) và tác nhân chống viêm, chẳng hạn nhưcorticosteroid Thỉnh thoảng, các loại thuốc được thiết kế chống lại một mục tiêu cụ thểtrở nên kém hiệu quả hơn theo thời gian Bởi vì các tế bào có hệ thống tín hiệu rất phứctạp, có thể sự phong tỏa của một phần của hệ thống đó có thể bị bỏ qua Điều này có thểđược so sánh với việc chặn đường chính vào thị trấn để thử và ngăn ngừa tắc nghẽn ởtrung tâm thị trấn Để bắt đầu, chính sách hoạt động, nhưng, trong một hoặc hai ngày,hành khách khám phá các tuyến đường thay thế, và tắc nghẽn ở trung tâm trở nên tồi tệhơn bao giờ hết (Hình 12.3).

2.2.7 Thuốc đa tác động:

Trong một số bệnh và phiền não nhất định, có thể có lợi thế trong việc ‘đánh’ một số mụctiêu khác nhau một cách có chọn lọc, vì điều này có thể có lợi hơn là chỉ đánh một Liệupháp kết hợp thường được sử dụng để đạt được điều này bằng cách dùng hai hoặc nhiềuloại thuốc cho thấy chọn lọc so với các mục tiêu khác nhau.Những bất lợi của phươngpháp điều trị kết hợp là số loại thuốc khác nhau và các phác đồ liều liên quan Do đó cónhững lợi ích trong việc thiết kế một loại thuốc duy nhất có thể hành động một cách chọnlọc vào các mục tiêu khác nhau trong một kiểm soát mannera đa tác động hướngligand Nhiều dự án nghiên cứu tại đặt ra để khám phá thuốc mới với một hồ sơ xác địnhhoạt động chống lại một loạt các mục tiêu cụ thể Ví dụ một nhóm nghiên cứu có thể đặt

ra để tìm một loại thuốc có hoạt tính chủ vận đối với kiểu phụ một thụ thể và hoạt độngđối kháng tại khác Một ví dụ ít chọn lọc là olanzapine (Hình 12,4) thuốc này liên kếtvới hơn một chục thụ thể serotonin cho dopamine muscarine noradrenaline vàhistamine Đây là loại hồ sơ cá nhân bình thường sẽ không thể chấp nhận nhưngolanzapine đã có hiệu quả cao trong điều trị tâm thần phân liệt có lẽ vì nó ngăn chặn cảserotonin và dopamine thụ Thuốc mà tương tác với một phạm vi rộng lớn các mục tiêuđược gọi là ligand nhăng hay ma túy bẩn Những thuốc này có thể hoạt động các hợp chấtnhư chì cho sự phát triển của chọn lọc hơn các phối tử đa mục tiêu.

2.3 Xác định xét nghiệm sinh học:

2.3.1 Lựa chọn xét nghiệm sinh học:

Lựa chọn xét nghiệm sinh học hoặc kiểm tra hệ thống phù hợp là rất quan trọng cho sựthành công của một chương trình nghiên cứu thuốc Xét nghiệm này nên được đơn giảnnhanh chóng và phù hợp nhất thường có một số lượng lớn các hợp chất được phântích thử nghiệm của con người là không thể thực hiện ở giai đoạn sớm như vậy nên kiểmtra phải được thực hiện trong ống nghiệm (tức là trên các tế bào cô lập mô men hoặc các

thụ thể) hoặc in vivo (trên động vật) Nói chung trong ống nghiệm kiểm tra được ưa thích hơn trong các thử nghiệm in vivo, vì họ là rẻ hơn dễ dàng hơn để thực hiện ít gây tranh cãi

và họ có thể được tự động Tuy nhiên trong cơ thể kiểm tra thường cần thiết để kiểm traxem thuốc có hoạt tính dược lý mong muốn và cũng để theo dõi đặc tính dược động học

của họ Trong hóa dược hiện đại một loạt các thử nghiệm thường được thực hiện cả in

vitro và in vivo để xác định không chỉ cho dù các loại thuốc ứng cử viên đang làm theo

mục tiêu mong muốn mà còn cho dù họ có hoạt động vào các mục tiêu không mong muốn

khác Sự chỉ đạo thực hiện các dự án sau đó được xác định bằng cách tìm các loại thuốc

có cân bằng tốt nhất hoạt động tốt tại các mục tiêu mong muốn và hoạt động tối thiểu vàocác mục tiêu khác Bằng cách này có ít khả năng xảy ra hàng triệu đô la bị lãng phí đangphát triển một loại thuốc mà một trong hai sẽ thất bại thử nghiệm lâm sàng hoặc bị thu hồikhỏi thị trường với tất cả các vụ kiện tụng liên quan mà có thể involveda thất bại nhanhchóng thất bại chiến lược giá rẻ Sự chỉ đạo thực hiện các dự án sau đó được xác địnhbằng cách tìm các loại thuốc có cân bằng tốt nhất hoạt động tốt tại các mục tiêu mongmuốn và hoạt động tối thiểu vào các mục tiêu khác Bằng cách này có ít khả năng xảy rahàng triệu đô la bị lãng phí đang phát triển một loại thuốc mà một trong hai sẽ thất bại thửnghiệm lâm sàng hoặc bị thu hồi khỏi thị trường với tất cả các vụ kiện tụng liên quan mà

có thể involveda thất bại nhanh chóng thất bại chiến lược giá rẻ Sự chỉ đạo thực hiện các

dự án sau đó được xác định bằng cách tìm các loại thuốc có cân bằng tốt nhất hoạt độngtốt tại các mục tiêu mong muốn và hoạt động tối thiểu vào các mục tiêu khác Bằng cáchnày có ít khả năng xảy ra hàng triệu đô la bị lãng phí đang phát triển một loại thuốc màmột trong hai sẽ thất bại thử nghiệm lâm sàng hoặc bị thu hồi khỏi thị trường với tất cảcác vụ kiện tụng liên quan mà có thể thất bại nhanh chóng thất bại chiến lược giá rẻ

2.3.2 Thử nghiệm in vitro

Trong các thử nghiệm in vitro không liên quan đến động vật sống các tế bào mô Thay

vào đó cụ thể hoặc các enzym được sử dụng Các chất ức chế enzyme có thể được thửnghiệm trên các enzyme tinh khiết trong dung dịch Trong quá khứ nó có thể là một vấn

đề lớn để cô lập và tinh chế đủ enzym để kiểm tra nhưng kỹ thuật ngày nay di truyền cóthể được sử dụng để kết hợp các gen cho một enzyme đặc biệt vào các tế bào phát triểnnhanh như nấm men hay vi khuẩn.Những sau đó tạo ra các enzyme với số lượng lớn làmcho cô lập dễ dàng hơn

Receptor đối kháng và chống đói kháng có thể được thử nghiệm trên các mô bị cô lậphoặc tế bào có thể thụ mục tiêu trên bề mặt của chúng Đôi khi, những mô có thể được sửdụng để kiểm tra thuốc cho các hiệu ứng sinh lý Ví dụ hoạt động giãn phế quản có thểđược kiểm tra bằng cách quan sát như thế nào cũng hợp chất ức chế sự co của cơ trơn bị

cô lập khí quản Nhiều trong các thử nghiệm in vitro đã được thiết kế bởi kỹ thuật ditruyền mà gen mã hóa cho một thụ thể cụ thể được xác định nhân bản và bày tỏ trong các

tế bào nhanh chóng phân chia như men hoặc khối u tế bào vi khuẩn Ví dụ tế bào TrungQuốc Hamster thư buồng trứng (tế bào CHO) thường được sử dụng cho mục đích này khi

họ thể hiện một số lượng lớn các thụ thể nhân bản trên bề mặt tế bào của họ Trong các

nghiên cứu in vitro trên toàn bộ các tế bào này rất hữu ích vì có không ai trong số các biếnchứng của nghiên cứu invivo nơi thuốc có để tồn tại enzyme trao đổi chất hay các vậtchắn chéo như thành ruột Môi trường xung quanh các tế bào có thể dễ dàng kiểm soát và

cả các sự kiện trong tế bào và gian bào có thể được theo dõi cho phép đo lường hiệu quả

và hiệu lực (phần 8.9) nuôi cấy tế bào sơ cấp (tức là các tế bào chưa được sửa đổi) có thểđược sản xuất từ các mô phôi dòng tế bào biến có nguồn gốc từ mô khối u Các tế bàophát triển trong thời trang này đều giống hệt nhau

Thuốc kháng khuẩn được thử nghiệm in vitro bằng cách đo như thế nào có hiệu quả họ ứcchế hoặc tiêu diệt tế bào vi khuẩn trong nền văn hóa Nó có vẻ lạ để mô tả đây là một thửnghiệm in vitro như tế bào vi khuẩn được các vi sinh vật sống Tuy nhiên trong cơ thể xétnghiệm kháng khuẩn được định nghĩa là những người được thực hiện trên động vật hoặccon người để kiểm tra xem các tác nhân kháng khuẩn nhiễm trùng chiến đấu In vitrokiểm tra cũng được sử dụng để kiểm tra các tính chất dược động học của các hợp chất Ví

dụ Caco-2 mô hình hấp thụ tế bào đơn lớp được sử dụng để đánh giá như thế nào một loạithuốc có khả năng được hấp thu qua đường tiêu hóa Microsomes và tế bào gan chiết xuất

từ tế bào gan chứa các enzym cytochrome P450 và có thể được sử dụng để đánh giá sựtrao đổi chất có thể có của các ứng cử viên thuốc cũng như xác định các tương tác thuốccàng tốt Một xét nghiệm in vitro sử dụng màng nhân tạo đã được phát triển như một biện

pháp đơn giản và nhanh chóng như thế nào có hiệu quả thuốc sẽ vượt qua rào cản máunão

để xem liệu họ thuyên giảm viêm

Động vật biến đổi gen thường được sử dụng trong in vivo thử nghiệm Đây là những độngvật có mã di truyền đã bị thay đổi.Ví dụ chúng ta có thể thay thế một số gen chuột với gencủa con người Th e chuột tạo ra các thụ thể của con người hoặc enzyme và điều này chophép trong thử nghiệm in vivo chống lại mục tiêu đó Ngoài ra các gen chuột có thể đượcthay đổi như vậy mà các động vật trở nên nhạy cảm với một căn bệnh cụ thể (ví dụ nhưung thư vú) Thuốc có thể được thử nghiệm để xem như thế nào họ ngăn ngừa bệnh đó

Có một số vấn đề liên quan đến in vivo thử nghiệm Nó là chậm và đắt tiền và nó cũnggây đau khổ vật Có rất nhiều vấn đề về dược động học (Chương 11) và như vậy kết quảthu được có thể gây hiểu lầm và rất khó để hợp lý hóa nếu in vivo kiểm tra được thực hiệntrong sự cô lập Ví dụ như thế nào người ta có thể biết được một kết quả tiêu cực là dothuốc không liên kết với mục tiêu của nó hay không đạt mục tiêu ở nơi đầu tiên Như vậytrong các thử nghiệm in vitro thường được thực hiện đầu tiên để xác định xem một loạithuốc tương tác với mục tiêu của mình và trong vivo xét nghiệm sau đó được thực hiện đểkiểm tra tính chất dược động học.

Một số trong các thử nghiệm in vivo có thể bật ra được hợp lệ Có thể là các triệu chứngquan sát có thể được gây ra bởi một cơ chế sinh lý khác với dự định Ví dụ nhiều loạithuốc chống loét đầy hứa hẹn mà tỏ ra hiệu quả trong việc thử nghiệm động vật là khônghiệu quả trong các thử nghiệm lâm sàng Cuối cùng kết quả khác nhau có thể thu được ởcác loài động vật khác nhau Ví dụ các tiền chất Penicillin metyl este (Hộp 19,7) đượcthủy phân ở chuột hoặc chuột để sản xuất penicillin hoạt động nhưng không được thủyphân ở chó thỏ hoặc con người Một ví dụ khác liên quan đến thalidomide đó là quái thai

ở thỏ và con người nhưng không có tác dụng như vậy ở chuột

Mặc dù những vấn đề này trong thử nghiệm in vivo vẫn còn rất quan trọng trong việc xác

định những vấn đề cụ thể mà có thể liên quan với việc sử dụng một loại thuốc in vivo và

không thể chọn bằng xét nghiệm in vitro.

2.3.4 Giá trị thử nghiệm:

Đôi khi tính hợp lệ của các thủ tục kiểm tra rất dễ dàng và rõ ràng Ví dụ một tác nhânkháng khuẩn có thể được thử nghiệm in vitro bằng cách đo như thế nào hiệu quả nó giếtchết các tế bào vi khuẩn Một gây tê cục bộ có thể được thử nghiệm in vitro trên tốt nhưthế nào nó ngăn chặn tiềm năng hành động trong mô thần kinh bị cô lập Trong cáctrường hợp khác quy trình thử nghiệm là khó khăn hơn Ví dụ làm thế nào để bạn thửnghiệm một loại thuốc chống loạn thần mới Không có mô hình động vật cho tình trạngnày và do đó, một đơn giản trong thử nghiệm in vivo là không thể Một cách tròn vấn đềnày là đề xuất mà thụ thể hoặc thụ thể có thể được tham gia vào một tình trạng sức khỏe

và thực hiện trong các thử nghiệm in vitro chống lại các trong sự mong đợi rằng thuốc sẽ

có các hoạt động mong muốn khi nói đến thử nghiệm lâm sàng

2.3.5 Sàng lọc thông lượng cao :

Nghiên cứu máy móc và thu nhỏ trong ống nghiệm thử nghiệm trên tế bào biến đổi gen đãdẫn đến một quá trình gọi là sàng lọc thông lượng cao (HTS) là đặc biệt hiệu quả trongviệc xác định các hợp chất chì tiềm năng mới Này bao gồm việc kiểm tra tự động củamột số lượng lớn các hợp chất so với một số lượng lớn các mục tiêu thường vài ngàn hợpchất có thể được kiểm tra cùng một lúc trong 3050 xét nghiệm sinh hóa Điều quan trọng

là các thử nghiệm cần tạo ra một hiệu ứng dễ dàng đo lường có thể được phát hiện và đo

tự động Hiệu ứng này có thể tăng trưởng tế bào phản ứng enzyme xúc tác mà tạo ra một

sự thay đổi màu hoặc dịch chuyển của các ligand đánh dấu phóng xạ từ thụ

Thuốc đối kháng thụ thể được nghiên cứu sử dụng tế bào biến đổi có chứa các thụ thểmục tiêu trong màng tế bào của họ Phát hiện có thể bằng cách quan sát như thế nào cóhiệu quả các hợp chất thử nghiệm ức chế sự ràng buộc của một phối tử phóng xạ Mộtcách khác là sử dụng các tế bào nấm men đã được sửa đổi như vậy mà kích hoạt một kếtquả thụ mục tiêu trong sự hoạt hóa một loại enzyme mà khi được cung cấp với một chấtnền thích hợp xúc tác sự ra đời của một loại thuốc nhuộm Điều này tạo ra một sự thay đổimàu sắc dễ nhận biết

Nói chung hits tích cực là những hợp chất mà có một hoạt động trong phạm vi 30 μM1M1

nM Thật không may HTS có thể tạo ra nhiều hit dương tính giả và có một tỷ lệ thất bạicao giữa số lượng truy cập và những hợp chất mà cuối cùng được xác định là hợp chất chìxác thực Một trong những nguyên nhân chính của hit giả là những gì được gọi là chất ứcchế nhăng Đây là những tác nhân mà xuất hiện để ức chế một loạt các protein mục tiêukhác nhau và thể hiện tính chọn lọc rất nghèo Người ta tin rằng các đại lý làm việc theocách này đến với nhau trong dung dịch để tạo thành phân tử uẩn mà hấp thụ protein mụctiêu lên bề mặt của họ dẫn đến sự ức chế quan sát Hiệu quả là rõ rệt hơn nếu hỗn hợp củacác hợp chất đang được thử nghiệm trong dung dịch như những chuẩn bị bằng cách tổnghợp tổ hợp Đây là loại ức chế là không sử dụng để thiết kế ma túy và điều quan trọng là

để loại bỏ những tác nhân từ rất sớm như các hợp chất chì tiềm năng mà thời gian nhưvậy là không lãng phí resynthesizing và điều tra chúng Một cách để tìm hiểu xem ức chếbừa bãi đang diễn ra là thêm một chất tẩy rửa với dung dịch thử Đây đảo ngược và ngănngừa hiện tượng này

Các lần truy cập sai khác bao gồm các tác nhân phản ứng hóa học và thực hiện phản ứnghóa học với protein mục tiêu, chẳng hạn như alkyl hóa hoặc acyl hóa của một nhóm áinhân nhạy cảm Điều này dẫn đến một sự ức chế không thể đảo ngược của protein khi tácnhân trở nên liên kết cộng hóa trị với mục tiêu Mặc dù có những loại thuốc quan trọng

hoạt động như chất ức chế không thể đảo ngược, sự nhấn mạnh trong HTS là tìm các chất

ức chế đảo ngược tương tác với các mục tiêu của chúng thông qua các tương tác liên kếtgiữa các phân tử Vì lý do đó, các chất alkyl hóa hoặc acyl hóa được biết đến không nênđược bao gồm trong HTS, hoặc, nếu chúng có, chúng không nên được coi là hợp chất chìtiềm năng Ví dụ về các nhóm phản ứng bao gồm alkyl halogenua, clorua axit, epoxit,aldehyt, α-chloroketones và xeton trifluorometyl

là thời gian thư giãn và điều này thay đổi tùy theo môi trường hoặc vị trí của mỗi nguyên

tử trong phân tử Vì vậy một tín hiệu khác nhau sẽ thu được cho mỗi nguyên tử trongphân tử và quang phổ thu được có thể được sử dụng để xác định cấu trúc

Kích thước của phân tử cũng đóng một vai trò quan trọng trong chiều dài của thời gianthư giãn phân tử nhỏ như thuốc có thời gian thư giãn dài trong khi các phân tử lớn nhưprotein có thời gian thư giãn ngắn Do đó nó có thể trì hoãn việc đo phát thải năng lượngnhư vậy mà chỉ phân tử nhỏ được phát hiện Đây là chìa khóa để phát hiện sự tương tácràng buộc giữa một loại protein và một hợp chất thử nghiệm

Trước hết phổ NMR của thuốc được thực hiện thì các protein được thêm vào và quangphổ được chạy lại giới thiệu một sự chậm trễ trong việc đo lường như vậy mà các tín hiệuprotein không được phát hiện Nếu thuốc không liên kết với protein sau đó phổ NMR của

nó sẽ vẫn được phát hiện Nếu thuốc liên kết với protein nó về cơ bản trở thành một phầncủa protein Kết quả là hạt nhân của nó sẽ có một thời gian thư giãn ngắn hơn và khôngphổ NMR sẽ được phát hiện

phương pháp sàng lọc này cũng có thể được áp dụng cho một hỗn hợp của các hợp chấtphát sinh từ chiết xuất tự nhiên hay từ một tổng hợp tổ hợp Nếu bất kỳ của các hợp chấtràng buộc hiện tại với protein thời gian thư giãn của nó được rút ngắn và do đó tín hiệu do

hợp chất đó sẽ biến mất khỏi quang phổ Điều này sẽ cho thấy một thành phần của hỗnhợp đang hoạt động và xác định xem nó là giá trị tách hỗn hợp hay không.

Có rất nhiều lợi thế trong việc sử dụng NMR như một hệ thống phát hiện:

- nó có thể màn hình 1000 nhỏ trọng lượng phân tử hợp chất một ngày với một

máy

- phương pháp này có thể phát hiện ràng buộc yếu mà sẽ được bỏ qua bằng

phương pháp sàng lọc thông thường

- nó có thể xác định các ràng buộc của các phân tử nhỏ để vùng khác nhau của

trang web ràng buộc (phần 2.4.10)

- nó là miễn phí để HTSthe Sau này có thể cho kết quả dương tính giả nhưng đây

có thể được kiểm tra bằng NMR để đảm bảo rằng các hợp chất liên quan đượcràng buộc trong các trang web liên kết chính xác (phần 2.4.10)

- việc xác định các phân tử nhỏ mà ràng buộc một cách yếu ớt đến một phần của

trang web liên kết cho phép khả năng sử dụng chúng như các khối xây dựng đểxây dựng các phân tử lớn hơn mà ràng buộc mạnh mẽ hơn (phần 2.4.10)

- sàng lọc có thể được thực hiện trên một loại protein mới mà không cần phải

biết chức năng của nó

Nhược điểm bao gồm sự cần thiết phải làm sạch protein và để có được nó trong một sốlượng đáng kể (ít nhất là 200 mg)

2.3.7 Sàng lọc mối quan hệ:

Một phương pháp tốt đẹp của sàng lọc hỗn hợp của các hợp chất cho các thành phần hoạtđộng là để tận dụng lợi thế của các mối quan hệ ràng buộc của hợp chất cho mụctiêu Điều này không chỉ phát hiện sự hiện diện của đại lý như vậy nhưng nhặt chúng rakhỏi hỗn hợp d-Ala-d-Ala có liên quan đến nhựa Sepharose và nhựa được trộn với cácchất chiết xuất từ vi khuẩn khác nhau mà đã được biết là có hoạt tính kháng khuẩn Nếumột chiết xuất mất hoạt tính kháng khuẩn như là kết quả của hoạt động này nó chỉ ra rằnghợp chất hoạt tính đã ràng buộc với nhựa Nhựa sau đó có thể được lọc ra và bằng cáchthay đổi độ pH các hợp chất có thể được phát hành từ nhựa để nhận dạng

2.3.8 Cộng hưởng plasmon bề mặt

Cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR) là một phương pháp quang học phát hiện khi mộtligand gắn với mục tiêu của nó Các thủ tục được cấp bằng sáng chế bởi Pharmacia cảmbiến sinh học như BIAcore và làm cho việc sử dụng một mạ vàng dextrancoated bề mặt

kính chip (Hình 12.5) Một phối tử được biết là liên kết với các mục tiêu được cố địnhbằng cách liên kết nó covalently để ma trận dextran mà là trong một dòng chảy của dungdịch đệm Đơn sắc ánh sáng phân cực phẳng được chiếu ở một góc tới (α) từ bên dưới tấmkính và được phản xạ trở lại tại giao diện giữa các mạ vàng bọc kính dày đặc và dungdịch đệm ít dày đặc Tuy nhiên một thành phần của ánh sáng được gọi là sóng phù duthâm nhập vào một khoảng cách khoảng một bước sóng vào ma trận chất đệm dextran vàgóc tới là chính xác đúng làn sóng phù du tương tác với electron dao động miễn phí có tênplasmon trong phim kim loại Đây là SPR Năng lượng từ ánh sáng tới được thì thua bộphim vàng Kết quả là có một giảm cường độ ánh sáng phản xạ mà có thể đo được

Góc tới khi SPR xảy ra phụ thuộc chủ yếu vào các chỉ số khúc xạ của dung dịch đệm gầnvới bề mặt kim loại phim Điều này có nghĩa rằng nếu chỉ số khúc xạ của bộ đệm thay đổigóc tới lúc đó SPR diễn ra cũng thay đổi Nếu mục tiêu phân tử cho các phối tử cố địnhhiện nay được đưa vào bộ đệm chảy một số của nó sẽ bị ràng buộc bởi các phối tử cốđịnh Điều này dẫn đến một sự thay đổi của chỉ số khúc xạ trong dung dịch đệm gần với

bề mặt kim loại bọc có thể được phát hiện bằng cách đo sự thay đổi trong góc tới yêu cầu

để có được SPR Kỹ thuật này cho phép phát hiện các ràng buộc ligandtarget và cũng cóthể được sử dụng để đo tốc độ và trạng thái cân bằng ràng buộc hằng số Giả sử bây giờchúng tôi muốn kiểm tra xem một hợp chất mới có tính ràng buộc đến mục tiêu Điều này

có thể được kiểm tra bằng cách giới thiệu các hợp chất mới vào dòng đệm cùng với cácmục tiêu Nếu hợp chất thử nghiệm không liên kết với mục tiêu ít mục tiêu sẽ có sẵn đểràng buộc vào các phối tử cố định như vậy sẽ có một sự thay đổi khác nhau trong cả haichỉ số khúc xạ và góc tới

2.3.9 Nhấp nháy tiếp cận khảo nghiệm

Nhấp nháy gần khảo nghiệm (SPA) là một phương pháp trực quan phát hiện liệu mộtligand liên kết với một mục tiêu Nó liên quan đến việc cố định của mục tiêu bằng cáchliên kết nó covalently để hạt được phủ một scintillant Một giải pháp của một ligand biếtdán nhãn với iốt-125 sau đó sẽ được thêm vào hạt Khi ligand dán nhãn liên kết với cácmục tiêu cố định số 125 tôi hoạt động như một nhà tài trợ năng lượng và các hạtscintillant bọc hoạt động như một chất nhận năng lượng dẫn đến việc phát xạ ánh sáng cóthể được phát hiện Để tìm hiểu xem một hợp chất tiểu thuyết tương tác với mục tiêu hợpchất được bổ sung vào các giải pháp của các ligand dán nhãn và hỗn hợp này được bổsung vào hạt

Thành ràng buộc bởi các hợp chất mới sẽ có nghĩa là ít hơn của các ligand dán nhãn sẽràng buộc dẫn đến việc giảm phát thải của ánh sáng

2.3.10 nhiệt lượng chuẩn độ đẳng nhiệt

Isothermal chuẩn độ nhiệt lượng (ITC) là một kỹ thuật được sử dụng để xác định các tínhchất nhiệt động lực học của ràng buộc giữa một loại thuốc và mục tiêu protein của nó cácmối quan hệ ràng buộc và sự thay đổi enthalpy nói riêng.Hai tế bào kính giống hệt nhauđược sử dụng mà được làm đầy với dung dịch đệm Một trong những tế bào đóng vai trònhư các tế bào tham khảo trong khi các hành vi khác như các tế bào mẫu và chứa các mụctiêu protein trong dung dịch Các tế bào tham khảo được đun nóng nhẹ đến một nhiệt độkhông đổi Các tế bào mẫu được đun nóng đến nhiệt độ tương tự thông qua một hệ thốngphản hồi tự động theo đó bất kỳ chênh lệch nhiệt độ giữa hai tế bào được phát hiện và sứcmạnh được áp dụng cho các tế bào mẫu để cân bằng nhiệt độ Khi bộ máy đã ổn định mộtmức độ ổn định của điện được sử dụng để duy trì hai tế bào ở nhiệt độ liên tục như vậy.Thuốc hiện được thêm vào tế bào mẫu và liên kết với mục tiêu protein Nếu sự tương tácliên kết tỏa nhiệt, năng lượng nhiệt được tạo ra trong tế bào mẫu và do đó cần ít nănglượng bên ngoài hơn để duy trì nhiệt độ của tế bào Nếu sự tương tác là sự tỏa nhiệt, thìngược lại giữ đúng và nhiều năng lượng bên ngoài hơn phải được áp dụng để duy trì nhiệt

độ Sức mạnh bên ngoài cần thiết để duy trì nhiệt độ của tế bào mẫu được đo theo thờigian, với sức mạnh 'gai' xảy ra mỗi khi thuốc được tiêm vào tế bào Việc đo các gai nàycho phép xác định các đặc tính nhiệt động lực học của sự gắn kết

2.3.11 Sàng lọc ảo:

Sàng lọc ảo liên quan đến việc sử dụng các chương trình máy tính để đánh giá liệu cáchợp chất được biết đến có thể sẽ là hợp chất chì cho một mục tiêu cụ thể Không có gì bảođảm rằng hits tích cực từ một buổi chiếu ảo sẽ trong thực tế có thể hoạt động và các hợpchất vẫn phải được kiểm tra bằng thực nghiệm nhưng kết quả từ một buổi chiếu ảo có thểđược sử dụng để thực hiện các phương pháp kiểm tra thực nghiệm hiệu quả hơn Nói cáchkhác nếu có vài ngàn hợp chất có sẵn để thử nghiệm sàng lọc ảo có thể được sử dụng đểxác định những hợp chất mà có nhiều khả năng được kích hoạt và do đó là những cấu trúc

mà sẽ được ưu tiên kiểm tra thực tế

2.4 Tìm một hợp chất của chất dẫn đầu

Khi một mục tiêu và một hệ thống thử nghiệm đã được chọn giai đoạn tiếp theo là tìmmột hợp chất hoặc hợp chất dẫn trong đó cho thấy hoạt tính dược lý mong muốn Mức độhoạt động có thể không rất lớn và có thể có tác dụng phụ không mong muốn nhưng hợpchất của chì cung cấp một sự khởi đầu cho việc thiết kế thuốc và quá trình phát triển Cónhiều cách khác nhau, trong đó một hợp chất của chì có thể được phát hiện như mô tảtrong các phần sau

2.4.1 Sàng lọc các sản phẩm tự nhiên

Sản phẩm tự nhiên là một nguồn giàu các hợp chất hoạt tính sinh học Nhiều người trong

số các loại thuốc ngày nay là một trong hai lấy trực tiếp từ một nguồn tự nhiên hoặc đượcphát triển từ một hợp chất của chì ban đầu thu được từ một nguồn tự nhiên Thông thườngcác nguồn tự nhiên có một số hình thức hoạt động sinh học và các hợp chất chịu tráchnhiệm về hoạt động đó được gọi là nguyên tắc hoạt động một cấu trúc như vậy có thểhoạt động như một hợp chất của chì sinh học cao nhất các sản phẩm tự nhiên hoạt tính làchất chuyển hóa thứ cấp với cấu trúc khá phức tạp và một số trung tâm chiral Này có mộtlợi thế ở chỗ chúng là những hợp chất vô cùng mới lạ Đáng tiếc là sự phức tạp này cũnglàm cho tổng hợp của họ khó khăn và các hợp chất thường phải được chiết xuất từ nguồn

tự nhiên của họ một quá trình tốn kém và không hiệu quả chậm Kết quả là thường có mộtlợi thế trong việc thiết kế tương tự đơn giản

Nhiều sản phẩm tự nhiên có cấu trúc hóa học hoàn toàn mới mà không có hóa học sẽ mơ

về tổng hợp Ví dụ thuốc artemisinin chống sốt rét (Hình 2.6) là một sản phẩm tự nhiênvới một tìm kiếm ringone trioxane cực kỳ không ổn định của các cấu trúc khó nhất đãxuất hiện trong những năm gần đây

Nghiên cứu về các loại thuốc có nguồn gốc từ các nguồn tự nhiên được gọi là dược liệuhọc và bao gồm cả chiết xuất dầu thô và nguyên tắc hoạt động tinh khiết

2.4.1.1 Giới thực vật

Cây đã luôn luôn là một nguồn giàu các hợp chất chì (ví dụ như morphine digitaliscocaine quinin tubocurarine nicotine và muscarine) Nhiều trong số các hợp chất chì làloại thuốc hữu ích trong việc tự (ví dụ như morphine và quinin) và những người khác đã

là cơ sở cho ma túy tổng hợp (ví dụ như thuốc tê tại chỗ phát triển từ cocaine) Cây vẫncòn một nguồn đầy hứa hẹn của các loại thuốc mới và sẽ tiếp tục là như vậy thuốc trênlâm sàng hữu ích mà gần đây đã được phân lập từ thực vật bao gồm paclitaxel nhân chốngung thư (Taxol) từ cây thủy tùng đại lý artemisinin sốt rét từ một nhà máy Trung Quốc(Hình 2.6) và galantamin thuốc Alzheimer từ hoa thuỷ tiên vàng

Cây cung cấp một ngân hàng các cấu trúc phức tạp và rất đa dạng phong phú mà không cókhả năng được phát hiện từ các nguồn khác Hơn nữa quá trình tiến hóa đã thực hiện mộtquá trình sàng lọc mà ủng hộ các hợp chất trong đó cung cấp các nhà máy với một cạnhkhi nói đến sự sống còn Ví dụ sinh học hợp chất mạnh có thể ngăn chặn động vật hoặccôn trùng ăn thực vật có chứa chúng Xét hóa dược nợ nợ với thế giới tự nhiên đó là

nghiêm túc nghĩ rằng rất ít nhà máy đã được nghiên cứu đầy đủ và phần lớn chưa đượcnghiên cứu ở tất cả Các rừng mưa nhiệt đới trên thế giới đặc biệt phong phú về các loàithực vật mà có vẫn được phát hiện chứ chưa nói được nghiên cứu Ai mà biết được cóbao nhiêu thú vị hợp chất chì mới đang chờ đợi khám phá cho cuộc chiến chống ung thưAIDS hoặc bất kỳ của vô số khác của phiền não con người này là một trong những lý dotại sao việc phá hủy rừng mưa và hệ sinh thái khác là rất bi thảm khi các hệ sinh thái bịphá hủy loài thực vật độc đáo thua thuốc mãi mãi Ví dụ silphion một nhà máy đã đượctrồng gần Cyrene ở Bắc Phi và được nổi tiếng như một tác nhân ceptive Contra trongGreeceis xưa nay đã tuyệt chủng Chắc chắn rằng nhiều loài thực vật hữu ích hơn đã bịtuyệt chủng mà Chắc chắn rằng nhiều cây hữu ích hơn đã trở nên tuyệt chủng mà không

có thuốc nào từng biết đến chúng

2.4.1.2 Vi sinh vật:

Vi sinh vật như vi khuẩn và nấm cũng đã cung cấp hời cho các loại thuốc và các hợp chấtchì Những sinh vật này tạo ra một lượng lớn các tác nhân kháng khuẩn mà đã tiến hóa đểcung cấp cho quân lính mình một lợi thế hơn đối thủ cạnh tranh của họ trong thế giới visinh vật Buổi chiếu của vi sinh vật trở nên rất phổ biến sau khi phát hiện ra penicillin Mặc dù hầu hết các loại thuốc có nguồn gốc từ vi sinh vật được sử dụng trong điều trịkháng khuẩn một số chất chuyển hóa của vi sinh vật đã cung cấp các hợp chất chì trongcác lĩnh vực khác của y học

Ví dụ asperlicin phân lập từ Aspergillus alliaceus là một nhân vật phản diện mới lạ củamột peptide hormone gọi là cholecystokinin (CCK) được tham gia vào việc kiểm soátcảm giác ngon miệng CCK cũng đóng vai trò như một chất dẫn truyền thần kinh trongnão và được cho là tham gia vào các cuộc tấn công hoảng loạn do đó tương tự củaasperlicin có thể có tiềm năng trong điều trị lo âu

Những ví dụ khác bao gồm lovastatin metabolite nấm mà là người đầu tiên của statin hữuích lâm sàng thấy mức cholesterol thấp hơn (Nghiên cứu trường hợp 1) và một nấmmetabolite gọi ciclosporin (Hình 2.7) được sử dụng để ngăn chặn các phản ứng miễn dịchsau khi cấy ghép nội tạng Lipstatin (Hình 2.7) là một sản phẩm tự nhiên được phân lập

từ Streptomyces toxytricini Nó ức chế lipase tụy và là hợp chất của chì cho chống béophì hợp chất orlistat Cuối cùng, một chất chuyển hóa nấm gọi rasfonin (tách ra từ mộtloại nấm ở New Zealand) thúc đẩy tế bào chết (apoptosis) trong các tế bào ung thư nhưngkhông phải tế bào bình thường Nó đại diện cho một hợp chất của chì đầy hứa hẹn chochất chống ung thư mới

2.4.1.3 Nguồn biển:

Trong những năm gần đây đã có sự quan tâm lớn trong việc tìm kiếm các hợp chất chì từcác nguồn hàng hải Coral bọt biển cá và vi sinh vật biển có một sự giàu có của các hóachất sinh học mạnh với hoạt tính kháng virus và chống ung thư viêm thú vị Ví dụ curacin

A (Hình 2.8) được lấy từ một cyanobacterium biển và cho thấy hoạt động chống ung thưmạnh Năm 2010 một chất tương tự đơn giản của halichondrin B đã được phê duyệt đểđiều trị ung thư vú

2.4.1.4 Nguồn động vật:

Động vật đôi khi có thể là một nguồn gốc của hợp chất chì mới Ví dụ một loạt cácpolypeptide kháng sinh gọi là magainins được chiết xuất từ da của Phi vuốt ếch Xenopuslaevis Những tác nhân bảo vệ ếch khỏi bị nhiễm trùng và có thể cung cấp manh mối cho

sự phát triển của các tác nhân kháng khuẩn và kháng nấm mới lạ trong y học của conngười Một ví dụ khác là một mạnh giảm đau hợp chất gọi là epibatidine (Hình 2.9) thuđược từ chiết xuất da của loài ếch độc Ecuador

2.4.1.5 Nọc độc và độc tố:

Nọc độc và độc tố từ động vật thực vật rắn nhện bọ cạp côn trùng và vi sinh vật rất mạnh

vì họ thường có các tương tác rất cụ thể với mục tiêu phân tử trong cơ thể Kết quả là họ

đã chứng minh công cụ quan trọng trong việc nghiên cứu các thụ ion kênh và cácenzym Nhiều người trong số những độc tố là polypeptide (ví dụ α-bungarotoxin từ rắn hổmang) độc tố tuy nhiên không peptide như tetrodotoxin từ cá nóc (Hình 2.9) cũng rất

mạnh Nọc độc và độc tố đã được sử dụng như là các hợp chất chì trong việc phát triểncác loại thuốc mới Ví dụ teprotide một peptide phân lập từ nọc độc của viper Brazil làmột hợp chất của chì đối với sự phát triển của các tác nhân hạ huyết áp cilazapril vàcaptopril (Nghiên cứu điển hình 2) Các độc tố thần kinh từ Clostridium botulinum chịutrách nhiệm ngộ độc thực phẩm nghiêm trọng (botulism) nhưng họ có một ứng dụng lâmsàng là tốt Cuối cùng conotoxin là một độc tố peptide có nguồn gốc từ ốc nón biển và cócác tính chất giảm đau rất mạnh mẽ trong con người Một dạng tổng hợp của conotoxingọi ziconotide đã được phê duyệt vào năm 2004 để điều trị đau mãn tính.

2.4.2 Văn hóa y tế dân gian

Trong quá khứ, nền văn minh cổ đại phụ thuộc rất nhiều vào hệ thực vật và động vật địaphương để sinh tồn Họ sẽ thử nghiệm với nhiều loại quả mọng, lá và rễ để tìm hiểu xemchúng có tác dụng gì Kết quả là, nhiều loại bia đã được yêu cầu bởi người chữa lành địaphương hoặc pháp sư để có một số sử dụng thuốc Thường xuyên hơn không những phachế là vô ích hoặc hết sức nguy hiểm và nếu họ làm việc ở tất cả đó là vì bệnh nhân theo ýmuốn họ làm việc một hiệu ứng giả dược Tuy nhiên một số các chất chiết suất thực sự cóthể có một tác động thực tế và mang lại lợi ích và một nghiên cứu về văn hóa dân gian y

tế có thể cung cấp manh mối như mà nhà máy có thể có giá trị nghiên cứu một cách chitiết hơn Rhubarb gốc đã được sử dụng như tẩy trong nhiều thế kỷ Ở Trung Quốc nóđược gọi là Tổng vì phí Galloping nó Các hóa chất quan trọng nhất trong rễ rhubarb làanthraquinon đó được sử dụng như các hợp chất chì trong việc thiết kế các dantron nhuậntràng (Hình 2.10)

Các hồ sơ cổ xưa của y học Trung Quốc cũng cung cấp các đầu mối để các artemisininthuốc chống sốt rét tiểu thuyết (đề cập trong phần 2.4.1) Các tính năng phòng bệnh củacây thuốc phiện (hoạt động nguyên tắc morphine) được biết đến ở Ai Cập cổ đại như lànhững của các nhà máy Solanaceae trong cổ Hy Lạp Nhà máy snakeroot được đánh giácao ở Ấn Độ (nguyên tắc hoạt động reserpine; Hình 2.10), và các nhà thảo dược ở Anhthời trung cổ đã sử dụng chiết xuất từ cây liễu (nguyên tắc hoạt tính salicin; Hình 12.10)

và bao tay bằng da chồn (nguyên tắc hoạt động digitalis —a hỗn hợp các hợp chất nhưvậy) như digitoxin, digitonin và digitalin) Các nền văn hóa Aztec và Maya của Nam Mỹ

sử dụng chất chiết xuất từ nhiều loại cây bụi và cây khác nhau, bao gồm rễ ipecacuanha(nguyên tắc hoạt động emetine; hình 2.10), coca bush (cocaine nguyên tắc hoạt động) và

vỏ cây cinchona (quinine)

2.4.3 Sàng lọc các hợp chất tổng hợp:

Hàng ngàn hợp chất đã được tổng hợp bởi các công ty dược phẩm trong những năm quacũng là một nguồn cung cấp các hợp chất chì Đại đa số các hợp chất này chưa bao giờđưa ra thị trường nhưng họ đã được lưu trữ trong thư viện hợp chất và vẫn có sẵn để thửnghiệm công ty dược phẩm thường màn hình thư viện của họ về các hợp chất bất cứ khinào họ nghiên cứu một mục tiêu mới Tuy nhiên nó phải được nói rằng đại đa số các hợpchất này chỉ đơn thuần là các biến thể trên một chủ đề ví dụ như 1000 hoặc cấu trúc vớipenicillin quá khác biệt Điều này làm giảm cơ hội của việc tìm kiếm một hợp chất củachì cuốn tiểu thuyết Công ty dược phẩm thường cố gắng đa dạng hóa phạm vi của họ vềcác cấu trúc bằng cách mua hợp chất mới được chuẩn bị bởi các nhóm nghiên cứu ởnhững nơi khác một nguồn hữu ích của doanh thu cho các cơ quan đại học khó ép Cáchợp chất này có thể không bao giờ đã được tổng hợp với hóa dược trong tâm trí và có thểtrung gian trong một hoàn toàn tổng hợp dự án nghiên cứu nhưng luôn có những cơ hội

mà họ có thể có hoạt tính sinh học hữu ích

Nó cũng có thể là giá trị kiểm tra trung gian tổng hợp Ví dụ một loạt cácthiosemicarbazones được tổng hợp và thử nghiệm như đại lý antitubercular vào nhữngnăm 1950 Điều này bao gồm isonicotinaldehyde thiosemicarbazone quá trình tổng hợptrong số đó liên quan đến cấu trúc hydrazide isoniazid (Hình 12,11) như là một trunggian tổng hợp Nó đã được tìm thấy sau đó isoniazid đã có hoạt động lớn hơn cấu trúc

mục tiêu Tương tự như vậy một loạt các trung gian quinolin-3-cacboxamit (Hình 12,11)

đã được tìm thấy có hoạt tính kháng virus

2.4.4 Thuốc hiện có:

2.4.4.1 Tôi cũng vậy và tôi tốt hơn với thuốc

Nhiều công ty sử dụng thuốc đã được thiết lập từ đối thủ cạnh tranh của họ như là các hợpchất chì để thiết kế một loại thuốc mà mang lại cho họ một chỗ đứng trong khu vực thịtrường tương tự Mục đích là để sửa đổi cấu trúc đầy đủ như vậy mà nó tránh được hạnchế bằng sáng chế duy trì hoạt động và lý tưởng đã được cải thiện tính năng phòngbệnh Ví dụ như captopril thuốc hạ huyết áp được sử dụng như một hợp chất của chì bởicác công ty khác nhau để tạo ra các tác nhân hạ huyết áp của mình (Hình 2.12)

Mặc dù thường xuyên chê bai như tôi quá thuốc họ thường có thể cung cấp những cải tiến

so với thuốc gốc (thuốc tôi tốt hơn) Ví dụ penicillin hiện đại là chọn lọc hơn mạnh hơn

và ổn định hơn các penicillin gốc statin mới hơn nồng độ cholesterol thấp cũng có đặctính được cải thiện so với những người lớn tuổi Cũng cần phải lưu ý rằng nó không phải

là bất thường đối với các công ty để được làm việc trên các cấu trúc tìm kiếm tương tựcho một căn bệnh đặc biệt cùng một lúc

Việc đầu tiên của những loại thuốc này để đạt được thị trường được tất cả các tiếng tămnhưng nó là khá không công bằng để gọi các loại thuốc mà theo nó như tôi quá thuốc, vìchúng được thiết kế và phát triển một cách độc lập

2.4.4.2 Tăng cường hiệu ứng phụ:

Một loại thuốc hiện có thường có một tài sản nhỏ hay một tác dụng phụ không mongmuốn mà có thể được sử dụng trong một lĩnh vực khác của y học Như vậy thuốc có thểhoạt động như một hợp chất dẫn đầu trên cơ sở tác dụng phụ của nó Mục đích sau đó sẽđược nâng cao tác dụng phụ mong muốn và để loại bỏ các hoạt động sinh học lớn Điềunày đã được mô tả như là cách tiếp cận Sosa chọn lọc tối ưu hóa các hoạt động phụ Chọnmột loại thuốc được gọi là hợp chất của chì cho một tác dụng phụ có ưu điểm là các hợpchất đã là thuốc thích và nó phải có tính khả thi hơn để phát triển một loại thuốc hữu íchtrên lâm sàng với các tính chất dược động học và dược động học cần thiết Nhiều ngườitrong số các hit thu được từ HTS không có một cấu trúc thuốc như thế và nó có thể đòihỏi nhiều nỗ lực để tối ưu hóa chúng Trên thực tế nó đã được lập luận rằng những sửađổi của cấu trúc thuốc nổi tiếng nên cung cấp các hợp chất dẫn đầu trong một số lĩnh vựchóa dược Nhiều nhóm nghiên cứu đang sàng lọc các hợp chất đó là một trong hai được

sử dụng lâm sàng hoặc đã đạt đến thử nghiệm lâm sàng giai đoạn cuối để xem liệu họ cótác dụng phụ mà có thể làm cho họ hợp chất dẫn đầu phù hợp Thư viện hợp chất lâmsàng John Hopkins là một trong những nguồn gốc của những hợp chất này Ví dụ hầuhết sulphonamide đã được sử dụng như tác nhân kháng khuẩn Tuy nhiên một sốsulphonamide với hoạt tính kháng khuẩn không thể được sử dụng trên lâm sàng bởi vì họ

đã có tác dụng phụ co giật do việc hạ đường huyết (nồng độ glucose giảm trong máu) Rõ

ràng đây là một tác dụng phụ không mong muốn cho một đại lý kháng khuẩn nhưng khảnăng hạ thấp lượng đường trong máu sẽ có ích trong việc điều trị bệnh tiểu đường Do đóthay đổi cấu trúc được thực hiện cho các sulphonamide liên quan nhằm loại bỏ nhữnghoạt tính kháng khuẩn và tăng cường các hoạt động hạ đường huyết Điều này dẫn đếncác đại lý tolbutamide trị đái tháo đường (Hình 2.13) Một ví dụ khác là việc phát hiện rarằng warfarin chống đông máu cũng là một chất ức chế yếu kém của một enzyme củavirus đó là quan trọng trong vòng đời của HIV Warfarin được sử dụng như các hợp chấtcủa chì trong việc phát triển một loại thuốc chống HIV được gọi là tipranavir

Trong một số trường hợp, các tác dụng phụ có thể đủ mạnh rằng thuốc có thể được sửdụng mà không sửa đổi Ví dụ như chống liệt dương sildenafil ma túy (Viagra) (Hình.2.13) được thiết kế như một thuốc giãn mạch để điều trị đau thắt ngực và cao huyết

áp Trong thử nghiệm lâm sàng người ta thấy rằng nó đã hành động như một thuốc giãnmạch hiệu quả hơn trong dương vật hơn ở trung tâm dẫn đến tăng khả năng cươngcứng Thuốc hiện nay được sử dụng để điều trị rối loạn cương dương và bất lực tình dục.Một ví dụ khác là chống trầm cảm bupropion ma túy Bệnh nhân dùng thuốc này thôngbáo rằng nó đã giúp họ từ bỏ hút thuốc và do đó thuốc hiện đang bán trên thị trường nhưmột trợ giúp chống hút thuốc (Zyban) Astemizole (Hình 2.13) là một loại thuốc dùngtrong điều trị dị ứng nhưng đã được tìm thấy là một tác nhân chống sốt rét mạnh

Bài học của câu chuyện là một loại thuốc được sử dụng trong một lĩnh vực hóa dược cóthể là hợp chất dẫn đầu trong lĩnh vực khác Hơn nữa người ta có thể rơi vào cái bẫy suynghĩ rằng một nhóm cấu trúc của các hợp chất tất cả đều có cùng một loại hoạt động sinhhọc Các sulphonamide thường được nghĩ đến các tác nhân như kháng khuẩn nhưngchúng ta đã thấy rằng chúng cũng có thể có các thuộc tính khác

2.4.5 Bắt đầu từ phối tử tự nhiên hoặc tác nhân điều biến:

2.4.5.1 Phối tử tự nhiên đối với các thụ thể:

Các phối tử tự nhiên của một thụ thể đích đôi khi được sử dụng như các hợp chất củachì Các phối tử adrenaline tự nhiên và noradrenaline là điểm khởi đầu cho sự phát triểncủa adrenergic β-agonist như dobutamine salbutamol và xamoterol và 5-hydroxytryptamine (5-HT) được điểm khởi đầu cho sự phát triển của 5-HT 1 chống đốikháng sumatriptan (Hình 2.14)

Các phối tử tự nhiên của một thụ thể cũng có thể được sử dụng như các hợp chất của chìtrong thiết kế của một nhân vật phản diện Ví dụ histamine được sử dụng như các hợpchất của chì ban đầu trong sự phát triển của H2 histamin đối kháng cimetidine Biến mộtchất chống đối kháng thành chất đối kháng thường đạt được bằng cách thêm nhóm ràngbuộc bổ sung cho các cấu trúc chì Những ví dụ khác bao gồm sự phát triển của nhân vậtphản diện pronethalol adrenergic H2 nhân vật phản diện burimamide và 5-HT 3 nhân vậtphản diện ondansetron và granisetron

Đôi khi các phối tử tự nhiên đối với một thụ thể không biết đến (một thụ mồ côi) và việctìm kiếm nó có thể là một dự án lớn của riêng mình Nếu tìm kiếm thành công tuy nhiên

nó sẽ mở ra một lĩnh vực hoàn toàn mới của thiết kế ma túy Ví dụ việc xác định các thụthể opioid cho morphine dẫn đến một tìm kiếm cho opioid nội sinh (thuốc giảm đau cơthể tự nhiên) mà cuối cùng dẫn đến việc phát hiện ra các endorphin và enkephalins vàviệc sử dụng chúng như các hợp chất dẫn đầu

2.4.5.2 Chất tự nhiên cho các enzym

Các bề mặt tự nhiên cho một loại enzyme có thể được sử dụng như các hợp chất của chìtrong việc thiết kế một chất ức chế enzyme Ví dụ enkephalins đã được sử dụng như làcác hợp chất chì cho việc thiết kế của các chất ức chế enkephalinase Enkephalinases là

các enzym chuyển hóa mà enkephalins và ức chế của họ nên kéo dài thời gian hoạt độngcủa enkephalins

Các bề mặt tự nhiên cho protease HIV được sử dụng như các hợp chất của chì đối với sựphát triển của chất ức chế protease đầu tiên dùng để điều trị HIV Ví dụ khác về chất được

sử dụng như hợp chất chì cho các chất ức chế bao gồm các chất nền cho farnesyltransferase matrix metalloproteinase và 17β-hydroxysteroid dehydrogenase loại 1

2.4.5.3 Sản phẩm enzyme như hợp chất dẫn đầu

Nên nhớ rằng các enzyme xúc tác phản ứng theo cả hai hướng và do đó sản phẩm của mộtphản ứng enzyme xúc tác cũng có thể được sử dụng như một hợp chất của chì đối với mộtchất ức chế enzyme Ví dụ thiết kế của các chất ức chế carboxypeptidase l-benzylsuc- axitcinic được dựa trên các sản phẩm phát sinh từ quá trình thủy phân carboxypeptidase -catalysed của peptide

2.4.5.4 Điều biến tự nhiên như các hợp chất dẫn đầu:

Nhiều thụ và các enzym là dưới sự kiểm soát allosteric Các hóa chất tự nhiên hoặc nộisinh mà gây sự kiểm soát này (điều biến) cũng có thể đóng vai trò như các hợp chất dẫnđầu

Trong một số trường hợp, một bộ điều chế cho một loại enzyme hoặc thụ thể nghi ngờnhưng vẫn chưa được tìm thấy Ví dụ như các benzodiazepin là những hợp chất tổng hợp

mà điều chỉnh các thụ thể đối với axít γ-aminobutyric (GABA) bằng cách liên kết đến mộttrang web liên kết allosteric Các bộ điều biến tự nhiên cho trang web allosteric này khôngđược biết đến tại các benzodiazepin thời gian đã được tổng hợp nhưng peptide nội sinhgọi endozepines đã từ đó đã được phát hiện trong đó liên kết với các trang web liên kếtallosteric cùng và có thể đóng vai trò như các hợp chất chì đối với thuốc mới có hoạt độngtương tự như các benzodiazepin

2.4.6 Tổng hợp tổ hợp và song song:

Số ngày càng tăng của các loại thuốc có khả năng mới phát sinh từ các dự án của bộ gen

và proteomic có nghĩa rằng có một nhu cầu cấp thiết để tìm các hợp chất chì mới để tươngtác với họ Thật không may là nguồn truyền thống của hợp chất chì đã không được quản

lý để bắt kịp và trong thập kỷ qua, hay như vậy nhóm nghiên cứu đã đầu tư rất nhiềutrong tổng hợp tổ hợp và song song để giải quyết vấn đề này tổng hợp tổ hợp là một thủtục rắn pha tự động nhằm mục đích sản xuất như nhiều cấu trúc khác nhau càng tốt trong

một thời gian ngắn càng tốt Các phản ứng được thực hiện trên quy mô rất nhỏ thườngtheo một cách mà sẽ tạo ra hỗn hợp các hợp chất trong mỗi lọ phản ứng Trong một ýnghĩa tổng hợp tổ hợp nhằm bắt chước những gì các nhà máy làm tức là tạo ra một hồ bơihóa chất một trong số đó có thể chứng minh là một hợp chất của chì hữu ích tổng hợp tổhợp đã phát triển rất nhanh chóng mà nó gần như là một chi nhánh của hóa học trongchính nó và một chương riêng biệt được dành cho nó tổng hợp song song liên quan đếnquá trình tổng hợp quy mô nhỏ của một số lượng lớn các hợp chất đồng thời sử dụng thiết

bị thu nhỏ chuyên khoa Quá trình tổng hợp có thể được thực hiện trong dung dịch hoặcpha rắn và mỗi lọ phản ứng chứa một sản phẩm riêng biệt Ngày nay tổng hợp song songthường được ưa thích hơn tổng hợp tổ hợp để sản xuất các thư viện hợp chất tập trung hơnnhỏ hơn

2.4.7 Hỗ trợ thiết kế điện toán hợp chất dẫn đầu :

Một kiến thức chi tiết về một vị trí bám mục tiêu viện trợ đáng kể trong thiết kế của hợpchất chì cuốn tiểu thuyết dành để ràng buộc với mục tiêu đó Trong trường hợp cácenzyme hoặc các thụ thể có thể được kết tinh chúng ta có thể xác định cấu trúc củaprotein và trang web liên kết của mình bằng tinh thể học X-quang xây dựng mô hìnhphân tử chương trình ware mềm sau đó có thể được sử dụng để nghiên cứu các trang webliên kết và thiết kế các phân tử mà sẽ phù hợp và liên kết với các thiết kế trang web denovo thuốc Trong một số trường hợp, các enzyme hoặc thụ không thể được kết tinh và do

đó X-quang tinh thể học không thể được thực hiện Tuy nhiên, nếu cấu trúc của mộtprotein tương tự đã được xác định này có thể được sử dụng làm cơ sở để tạo ra một môhình máy tính của protein NMR quang phổ cũng đã có hiệu quả trong việc xác định cấutrúc của protein và có thể được áp dụng cho các protein mà không thể được nghiên cứubằng tinh thể học X-quang

2.4.8 Phát hiện bất ngờ và tâm lý chuẩn bị:

Thường xuyên hợp chất chì được tìm thấy như là kết quả của sự may mắn (tức là cơhội) Tuy nhiên nó vẫn cần một ai đó với một bản chất tò mò hay một tâm chuẩn bị đểnhận ra tầm quan trọng của khám phá cơ hội và tận dụng lợi thế của những sự kiện này Đôi khi các nghiên cứu thực hiện để cải thiện một loại thuốc có thể có bất ngờ và có lợitắt quay Ví dụ propranolol (Hình 2.15) và các chất tương tự của nó là hiệu quả β-blockers (chất đối kháng thụ thể β-adrenergic) Tuy nhiên họ cũng lipophilic có nghĩa là

họ có thể vượt qua rào cản máu não và gây ra tác dụng phụ trung tâm hệ thần kinh(CNS) Để chống lại điều này tương tự hydrophilic hơn được thiết kế bằng cách giảm kích

thước của hệ thống vòng thơm và thêm một nhóm amit ưa nước Một trong những hợpchất làm là practolol Đúng như dự đoán hợp chất này có ít tác dụng phụ thần kinh trungương nhưng quan trọng hơn nó đã được tìm thấy là một chất đối kháng chọn lọc cho β-thụthể của tim qua β-thụ thể trong kết quả organsa khác đó là rất hấp dẫn nhưng không phải

là một trong đó đã được tìm kiếm tại thời gian

Thường xuyên hợp chất chì mới phát sinh từ các dự án nghiên cứu thực hiện trong mộtlĩnh vực hoàn toàn khác nhau của hóa dược Này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc giữmột tâm trí cởi mở đặc biệt là khi thử nghiệm cho hoạt động sinh học Ví dụ chúng tôi đã

mô tả sự phát triển của tolbutamide thuốc trị đái tháo đường (phần 2.4.4.2) dựa trên quansát rằng một số sulphonamide kháng khuẩn có thể làm giảm lượng đường trong máu

2.4.9 Tìm kiếm bằng máy tính của cơ sở dữ liệu cấu trúc:

Hợp chất dẫn đầu mới có thể được tìm thấy bằng cách thực hiện tìm kiếm bằng máy tínhcủa cơ sở dữ liệu cấu trúc Để thực hiện một tìm kiếm như nó là cần thiết để biếtpharmacophore mong muốn (phần 3.2) Ngoài ra thí nghiệm docking có thể được thựchiện nếu cấu trúc của trang web liên kết mục tiêu được biết đến

2.4.10 Khám phá đoạn base:

Cho đến nay, chúng tôi đã mô tả các phương pháp mà một hợp chất dẫn đầu có thể đượcphát hiện từ một nguồn tự nhiên hoặc tổng hợp, nhưng tất cả các phương pháp này dựavào một hợp chất đang hoạt động có mặt Thật không may, không có đảm bảo rằng đây sẽ

là trường hợp Gần đây, phổ NMR đã được sử dụng để thiết kế một hợp chất chì thay vìphát hiện ra một hợp chất dẫn đầu Về bản chất phương pháp đặt ra để tìm các phân tửnhỏ (epitope) sẽ liên kết với các khu vực cụ thể nhưng khác nhau của một loại protein liênkết trang web Những phân tử này sẽ không có hoạt động trong bản thân mình khi họ chỉ

liên kết với một phần của trang web ràng buộc nhưng nếu một phân tử lớn hơn được thiết

kế nối những epitope với nhau sau đó một hợp chất của chì có thể được tạo ra mà đanghoạt động và có liên kết với toàn bộ các ràng buộc trang web (Hình 2.16) Khám pháchất dẫn đầu bởi NMR còn được gọi là mối quan hệ hoạt động cấu trúc (SAR) bởi NMR

và có thể được áp dụng cho các protein cấu trúc được biết đến đó được dán nhãn với 15 Nhoặc 13 C như vậy mà mỗi trái phiếu amide trong protein có một đỉnh cao mang tính chất.Một loạt các hợp chất trọng lượng phân tử thấp được trình chiếu để xem liệu ai trong số

họ liên kết với một khu vực cụ thể của vị trí gắn Ràng buộc có thể được phát hiện bằngcách quan sát sự thay đổi trong bất kỳ tín hiệu amide mà sẽ không chỉ cho thấy rằng ràngbuộc đang diễn ra nhưng cũng sẽ tiết lộ phần nào của trang web ràng buộc là chiếmđóng Khi một hợp chất (hoặc phối tử) đã được phát hiện ra rằng liên kết với một khu vựccủa vị trí gắn quá trình này có thể được lặp đi lặp lại để tìm một phối tử sẽ liên kết vớimột khu vực khác nhau Điều này thường được thực hiện trong sự hiện diện của các phối

tử đầu tiên để đảm bảo rằng các phối tử thứ hai thực hiện trong thực tế liên kết với mộtkhu vực riêng biệt

Khi hai phối tử (hoặc epitope) đã được xác định cấu trúc của mỗi có thể được tối ưu hóa

để tìm ra phối tử tốt nhất cho mỗi người trong số các khu vực bắt buộc Sau đó, một phân

tử có thể được thiết kế nơi hai phối tử được liên kết với nhau

Có rất nhiều lợi thế để tiếp cận này Như các phối tử cá nhân được tối ưu hóa cho từngvùng của vị trí gắn rất nhiều nỗ lực tổng hợp là tha Nó là dễ dàng hơn nhiều để tổng hợpmột loạt các hợp chất trọng lượng nhỏ phân tử để tối ưu hóa sự tương tác với các bộ phận

cụ thể của vị trí gắn hơn là tổng hợp một loạt các phân tử lớn hơn để phù hợp với vị trígắn tổng thể Một mức độ cao về sự đa dạng cũng có thể là kết hợp khác nhau của cácmảnh vỡ có thể được sử dụng Một lợi thế nữa là nó có nhiều khả năng để tìm các epitope

đó sẽ liên kết với một khu vực cụ thể của một vị trí bám hơn để tìm thấy một hợp chất củachì mà sẽ liên kết với các trang web liên kết tổng thể Mảnh hơn nữa có nhiều khả năngtrở thành chất kết dính hiệu quả có năng lượng liên kết cao trên một đơn vị khối lượngphân tử Cuối cùng một số nghiên cứu đã chứng minh tác dụng siêu cộng tính nơi mốiquan hệ ràng buộc của hai mảnh vỡ liên kết lớn hơn nhiều so với người ta có thể mongđợi từ các mối quan hệ thân ràng buộc của hai mảnh độc lập

Phương pháp mô tả ở trên liên quan đến việc liên kết các mảnh vỡ Một chiến lược khác

là để phát triển một hợp chất của chì từ một mảnh duy nhất một quá trình gọi là tiến hóamảnh Điều này bao gồm việc xác định của một mảnh duy nhất liên kết với một phần của

trang web ràng buộc sau đó tìm kiếm các phân tử lớn hơn và lớn hơn có chứa rằng mảnhnhưng mà cũng liên kết với các bộ phận khác của vị trí gắn

Một chiến lược thứ ba được gọi là mảnh tự lắp ráp và là một hình thức hóa học tổ hợpnăng động Những mảnh vỡ được lựa chọn có thể liên kết với các khu vực khác nhau của

vị trí gắn sau đó phản ứng với nhau để tạo thành một phân tử liên kết tại chỗ Ngoài ra haimảnh có thể được thiết kế để trải qua một phản ứng liên kết không thể đảo ngược khi họliên kết với các trang web liên kết Điều này đã được gọi là nhấp chuột hóa học tại chỗ NMR quang phổ không phải là phương pháp duy nhất thực hiện đoạn dựa khám phá chấtdẫn đầu Nó cũng có thể để xác định các mảnh vỡ mà ràng buộc để nhắm mục tiêu protein

bằng cách sử dụng kỹ thuật tinh thể học tia X trong sinh trắc nghiệm in vitro và khối

phổ X-quang tinh thể học như NMR cung cấp thông tin về cách thức đoạn liên kết vớicác trang web liên kết và làm như vậy một cách chi tiết lớn hơn nhiều Tuy nhiên nó cóthể được tinh thể thu thập khá khó khăn của phức proteinfragment vì ái lực thấp của cácmảnh vỡ Gần đây, một phương pháp sàng lọc gọi CrystalLEAD đã được phát triển trong

đó có thể nhanh chóng sàng lọc một số lượng lớn các hợp chất và phát hiện các phối tửbằng cách giám sát những thay đổi trong bản đồ mật độ electron của phứcproteinfragment liên quan đến các protein không ràng buộc

Cuối cùng chúng ta có thể sử dụng các chiến lược dựa trên mảnh như một phương pháptối ưu hóa các hợp chất dẫn đầu có thể đã được thu được bằng các phương tiệnkhác Chiến lược này là để xác định các mảnh riêng biệt trong hợp chất của chì và sau đó

để tối ưu hóa những mảnh vỡ bởi các thủ tục đã được mô tả Một khi các mảnh vỡ lýtưởng đã được xác định cấu trúc đầy đủ được tổng hợp kết hợp các mảnh vỡ được tối ưuhóa Đây có thể là một phương pháp nhanh hơn nhiều của tối ưu hóa hơn tổng hợp chấttương tự của các hợp chất dẫn đầu lớn hơn

do cấu trúc của hợp chất của chì gần như chắc chắn phải được sửa đổi và tăng cả về quy

mô và sợ nước Các tính chất gợi ý cho một hợp chất của chì là nó nên có trọng lượngphân tử 100.350 amu và một giá trị clog P 13 Nói chung có sự gia tăng trung bình trongtrọng lượng phân tử 80 amu và tăng 1 trong clog P khi đi từ hợp chất của chì với thuốcchính thức Các nghiên cứu cũng cho thấy một hợp chất của chì thường có ít vòng thơm

và chất nhận liên kết hydro so với thuốc chính thức cân nhắc như vậy có thể được tínhđến khi quyết định dẫn hợp chất để sử dụng cho một dự án nghiên cứu nếu một vài cấutrúc như vậy có sẵn Một cách tiếp cận trong việc đưa ra quyết định này là để tính toánhiệu quả liên kết hoặc phối tử của mỗi hợp chất của chì tiềm năng Điều này có thể đượcthực hiện bằng cách chia năng lượng tự do của ràng buộc đối với mỗi phân tử bằng sốnguyên tử phi hydro có mặt trong cấu trúc Các hiệu quả ligand tốt càng thấp trọng lượngphân tử của cấu trúc tối ưu hóa cuối cùng là khả năng được Hơn nữa nếu bạn có một sựlựa chọn hợp chất chì một trong những phù hợp nhất không nhất thiết phải là mạnh nhất

Đối với khám phá dẫn đoạn dựa trên (phần 2.4.10) một quy tắc của ba đã được đề xuấtcho các mảnh vỡ sử dụng:

- trọng lượng phân tử nhỏ hơn 300

- không quá ba liên kết hydro

- không quá ba liên kết hydro chất nhận

vi của sách giáo khoa này, và có thể thu được từ sách giáo khoa bao gồm các khía cạnhthực tế của hóa học

2.6 Làm rõ cấu trúc :

Đó là đôi khi khó khăn cho các nhà hóa học ngày nay để đánh giá cao như thế nào xácđịnh cấu trúc khó khăn là trước khi những ngày của quang phổ NMR và hồng ngoại Mộtcấu trúc tiểu thuyết hiện nay mà có thể mất một công việc tuần để xác định sẽ cung cấphai hoặc ba thập kỷ làm việc trong quá khứ Ví dụ như vi phân tích của cholesterol đượcthực hiện vào năm 1888 để có được công thức phân tử của nó, nhưng cấu trúc hóa học của

nó không được thiết lập hoàn toàn cho đến khi một tia X nghiên cứu tinh thể học đượctiến hành vào năm 1932

Trong các cấu trúc trong quá khứ đã được phân giải thành các hợp chất đơn giản hơn đótiếp tục được phân giải thành các mảnh dễ nhận biết Từ những phế liệu bằng chứng mộtcấu trúc có thể đã được đề xuất nhưng cách duy nhất chắc chắn chứng minh hôn đó chính

là tổng hợp cấu trúc và so sánh tính chất hóa học và vật lý của nó với những hợp chất tựnhiên.

Làm rõ cấu trúc ngày nay là một quá trình chuyển tiếp tương đối thẳng và nó chỉ là khisản phẩm tự nhiên thu được với số lượng phút mà một tổng hợp đầy đủ là cần thiết đểthiết lập cấu trúc của nó Các kỹ thuật phân tích hữu ích nhất là X-quang tinh thể học vàquang phổ NMR Kỹ thuật cựu đến gần đưa ra một bản chụp của phân tử nhưng đòi hỏimột tinh thể phù hợp của mẫu Kỹ thuật thứ hai được sử dụng phổ biến hơn vì nó có thểđược thực hiện trên bất kỳ mẫu cho dù đó là một loại dầu rắn hoặc lỏng Có một lượnglớn các thí nghiệm NMR khác nhau có thể được sử dụng để thiết lập cấu trúc của phân tửkhá phức tạp Chúng bao gồm nhiều thí nghiệm NMR hai chiều mà đòi hỏi một sự sosánh các tín hiệu từ các loại khác nhau của hạt nhân trong phân tử (ví dụ như carbon vàhydro) thí nghiệm như vậy cho phép các nhà hóa học để xây dựng một hình ảnh của cácnguyên tử phân tử của nguyên tử và trái phiếu của trái phiếu

Trong trường hợp không có đủ mẫu cho một NMR phân tích khối phổ có thể hữu ích Các

mô hình phân mảnh có thể cung cấp manh mối hữu ích về cấu trúc nhưng nó không chứngminh cấu trúc Một tổng hợp đầy đủ vẫn cần làm bằng chứng chính thức cuối cùng

2.7 Thảo dược:

Chúng tôi đã được mô tả như thế nào thuốc và các hợp chất dẫn đầu hữu ích có thể đượcphân lập từ các nguồn tự nhiên như vậy, nơi nào nơi này thảo dược Có bất kỳ ưu điểmhay nhược điểm trong việc sử dụng thuốc thảo dược thay vì các loại thuốc được phát triển

từ các nguyên tắc hoạt động của họ Không có câu trả lời đơn giản cho việc này Thuốcthảo dược có chứa một lượng lớn các hợp chất khác nhau trong đó có thể có hoạt tính sinhhọc do đó là một nguy cơ đáng kể tác dụng phụ và thậm chí độc tính Nguyên tắc hoạtđộng cũng có mặt trong một số lượng nhỏ nên thảo dược có thể được dự kiến sẽ ít hoạtđộng hơn so với hợp chất tinh khiết thuốc thảo dược như St Johns wort cũng có thểtương tác với các loại thuốc theo quy định và nhìn chung vẫn còn thiếu các quy địnhtrách nhiệm kiểm soát việc sử dụng chúng Một ví dụ khác là Ginko mà thường được sửdụng để điều trị các vấn đề bộ nhớ Tuy nhiên nó cũng có các tính chất chống đông máu

và không nên được sử dụng cùng với các loại thuốc khác có tính chất tương tự ví dụwarfarin aspirin hoặc ibuprofen Có nói tất cả những gì một số trong những vấn đề đượcxác định trên thực tế có thể thuận lợi Nếu chiết xuất thảo dược có chứa các nguyên tắchoạt động với số lượng nhỏ có một giới hạn an toàn sẵn có với mức liều nhận được cáchợp chất khác nhau trong chiết xuất cũng có thể có vai trò để chơi trong đặc tính chữa

bệnh của cây và tăng cường ảnh hưởng của nguyên tắc hoạt động một hiện tượng đượcgọi là sức mạnh tổng hợp Ngoài ra một số chiết xuất thực vật có một loạt các nguyên tắchoạt động khác nhau mà cùng nhau hành động để tạo ra một tác dụng có lợi Nhà máy lôhội (cây đũa phép của trời) là một ví dụ về điều này Nó là một loại cây xương rồng giốngnhư tìm thấy trong sa mạc châu Phi và Arizona và từ lâu đã được tôn kính đối với tài sảnchữa bệnh của nó Những người ủng hộ thuốc thảo dược đã đề xuất việc sử dụng của cácchế phẩm lô hội để điều trị bỏng hội chứng ruột khớp dạng thấp Viêm loét hen suyễn mãntính chân cáu kỉnh ngứa bệnh vẩy nến bệnh chàm và mụn trứng cá như vậy tránh đượccác tác dụng phụ không mong muốn của việc sử dụng steroid dài hạn Công tác chuẩn bịđược khẳng định là có chứa thuốc giảm đau chống viêm kháng khuẩn và nhiều đại lý khác

mà tất cả các đóng góp vào sự tác động tổng thể Đang cố gắng để cô lập mỗi nguyên tắchoạt động sẽ làm giảm đi này Tuy nhiên các nhà phê bình đã nói rằng rất nhiều các tácđộng có lợi cho tuyên bố chuẩn bị lô hội chưa được chứng minh và rằng mặc dù nhữngảnh hưởng có thể hữu ích trong một số bệnh mà họ không phải là rất hiệu quả