Neįtikėtinas proveržis - šis pasiekimas gali padėti gydyti viską, nuo vėžio iki infekcinių susirgimų

Po daug metų atkaklaus darbo pavyko atlikti tai, apie ką vaistų kūrėjai svajojo ne vieną dešimtmetį.

Naujų vaistų ieškantiems chemikams vis nepavyko ištobulinti proceso, galinčio vaistų stiprumą padidinti iki 2000 kartų: „stebuklingojo metilinimo“. Ši reakcija pakeičia atskirus vandenilio atomus ir pakeičia juos metilo grupėmis  — taip pakeista vaisto molekulė lengviau veikia savo biologinius taikinius. Bet šis triukas toks sudėtingas, kad toli gražu ne visi tyrėjai jį net bando atlikti. Dabar chemikų komanda praneša sukūrusi naują katalizatorių, kuris šią delikačią operaciją lengvai atlieka su įvairiomis vaistų molekulėmis. Šis pasiekimas gali padėti naujai gydyti viską, – nuo vėžio iki infekcinių susirgimų.

„Šis straipsnis tiesiog pribloškiantis,” sako su tyrimu nesusijęs, Michigano universiteto Ann Arbore medicinos chemijos docentas Timothy Cernak. Naujasis katalizatorius reakciją atlieka vienu paprastu žingsniu — tai didžiulis patobulinimas, lyginant su ankstesniais, brangiais ir ilgai trunkančiais daugelio stadijų metodais. „To nori kiekvienas vaistų ieškotojas,” sako Cernakas. „Tai iš tiesų svajonių reakcija.”

Norint suprasti šią svajonę, neprošal suprasti, kaip chemikai kuria vaitų molekules, aiškina Illinoiso universiteto Urbana-Champaign organinės chemijos profesorė M. Christina White. Daugumą vaistų molekulių sudaro strypo ar žiedo pavidalo anglies atomų skeletas, o prie kiekvieno anglies atomo prisijungę vandenilio atomai. Chemikai kaip molekulių chirurgai nukerpa konkrečius anglies ar vandenilio atomus ir pakeičia juos deguonies ar azoto atomais. Jei tyrėjai nori pridurti magiškąją metilo grupę (anglies atomą su trimis vandenilio atomais –CH₃), jiems dažnai tenka pradėti viską iš naujo, sukurti skeletą iš pat pradžių.

White norėjo rasti būdą metilo grupę pridėti vaisto kūrimo proceso gale. Tam jai reikėjo preciziškai nugnybti po vieną anglies ir vandenilio jungtį (C-H), neužkliudant kitų dešimties ar daugiau molekulėje esančių C-H jungčių. Lyg tai tai dar nebūtų pakankamai sudėtinga, C-H ryšiai yra vieni iš stipriausių organinėse molekulėse, tad paveikti tik vieną jungtį, nepaveikiant kitų, dar sunkiau, pažymi White.

Gamta molekules kuria ir pertvarko „visiškai kitokiu būdu,” pažymi White. Cheminiai pokyčiai vykdomi, pasitelkiant didelius, sudėtingus fermentus, apgaubiančius angliavandenilinius karkasus taip, kad tik viena C-H jungtis patenka į fermento katalizės vietą —  tašką, kuriame vyksta reakcija. Tačiau įprastai kiekvienas fermentas veikia tik su viena konkrečia molekule. „Norint dirbti su kitokia molekule, reikia naujo fermento,” dėsto White. „Norime reagento, kuris būtų toks pat selektyvus, bet bendras.”

Stengdamiesi surasti tokį katalizatorių, White ir tada dar magistrantas Mark Chen 2007 sukūrė snaigės formos medžiagą su geležies atomu centre, pridėjusią deguonies atomus į norimus vaistų molekulių taškus. Šis katalizatorius buvo toks selektyvus kaip fermentas. Bet jis neveikė daugelyje molekulių struktūrų arba šalia azoto atomų, kurie dažnai pasitaiko vaistų molekulėse.

Bet White komanda nenuleido rankų. 2015 metais ji su komanda sukūrė sąlygas, kuriose geležies katalizatoriui ir jo variantui pridėti deguonies atomus į vaistų molekules. O 2019 metais jie sukūrė panašų katalizatorių mangano pagrindu kuris vandenilį pakeisdavo deguonimi vaistų molekulėse, nors jose ir būdavo azoto ar kitų paplitusių priedų.

Tačiau tai buvo tik pirmasis žingsnis. Dabar, White komanda praneša suradusi cheminius priedus, padedančius šiam naujam katalizatoriui užbaigti „stebuklingojo metilinimo” procesą. Pakeitęs vandenilį deguonimi, jis pačiumpa metilo grupę iš reagento – trimetilaliuminio – ir įterpia jį vietoje deguonies. White komanda atliko šią molekulinę chirurgiją su 41 skirtingu angliavandeniliu, įskaitant 16 paplitusių vaistų karkasų, pranešė tyrėjai Nature

White sako, kad šiuo reagentu vaistų kūrėjai paprastai ir nebrangiai galės įterpti „stebuklingo metilo” grupes į savo molekules. „Tikimės, bus atrasta dar daug vaistų su stebuklingu metio efektu,” sako White.

Tai gali padėti visiems ieškantiems vaistų, sako Davidas Reesas, Astex Pharmaceuticals vyr. mokslininkas. Kai pridedama metilo grupė padidina vaisto veiksmingumą, gydytojai galės pacientams duoti mažiau vaisto. Tai gali padidinti jų saugumą ir sumažinti pašalinius efektus. Kalbėdamas apie jo žinomus vaistų gamintojus, Reesas sako, „Visi mesis prie jo.”

Koliažas: ©Kaibo Feng, Autorius: Robert F. Service. www.sciencemag.org, Publikuoja Technologijos.lt