Hoán đổi nguyên tử trong phân tử thuốc: Cách mạng trong y dược

Hình minh họa việc thay một nguyên tử trong một vòng 5 cạnh của phân tử

Thay một nguyên tử giữ vị trí trọng yếu trong phân tử thuốc

Trong lĩnh vực phát triển thuốc tiên phong, một công nghệ mới mang tính đột phá cho phép chỉnh sửa chính xác và nhanh chóng các nguyên tử quan trọng đối với hiệu quả của thuốc đã được ca ngợi là một cải tiến mang tính "biến đổi" và "trong mơ", cách mạng hóa quá trình khám phá các ứng cử viên thuốc tiềm năng. Các nhà nghiên cứu tại KAIST đã đạt được thành tựu đầu tiên trên thế giới khi phát triển thành công công nghệ chỉnh sửa nguyên tử đơn được thiết kế để tối đa hóa hiệu quả của thuốc.

Vào ngày 8.10, KAIST (do Chủ tịch Kwang-Hyung Lee đại diện) đã thông báo rằng nhóm nghiên cứu của Giáo sư Yoonsu Park từ Khoa Hóa học đã phát triển thành công công nghệ cho phép chỉnh sửa và hiệu chỉnh dễ dàng các nguyên tử oxy trong hợp chất furan thành nguyên tử nitơ, chuyển đổi trực tiếp chúng thành khung pyrrole, được sử dụng rộng rãi trong dược phẩm. Nghiên cứu này gần đây đã được công bố trên tạp chí khoa học uy tín Science.

Nhiều loại thuốc có cấu trúc hóa học phức tạp, nhưng hiệu quả của chúng thường được xác định bởi một nguyên tử quan trọng duy nhất. Các nguyên tử như oxy và nitơ đóng vai trò trung tâm trong việc tăng cường tác dụng dược lý của các loại thuốc này, đặc biệt là chống lại vi-rút.

Từ hiện tượng này, việc đưa các nguyên tử cụ thể vào phân tử thuốc ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả của thuốc, được gọi là "Hiệu ứng nguyên tử đơn". Trong quá trình phát triển thuốc tiên tiến, việc phát hiện ra các nguyên tử tối đa hóa hiệu quả của thuốc là chìa khóa.

Những thách thức trong các phương pháp tiếp cận truyền thống đối với chỉnh sửa nguyên tử đơn

Tuy nhiên, việc đánh giá Hiệu ứng nguyên tử đơn theo truyền thống đòi hỏi các quy trình tổng hợp tốn kém, nhiều bước, vì rất khó để chỉnh sửa có chọn lọc các nguyên tử đơn trong các cấu trúc vòng ổn định chứa oxy hoặc nitơ.

Nhóm của Giáo sư Park đã vượt qua thách thức này bằng cách giới thiệu một chất xúc tác quang sử dụng năng lượng ánh sáng. Họ đã phát triển một chất xúc tác quang hoạt động như một "kéo phân tử", tự do cắt và gắn các vòng năm cạnh và kết quả là lần đầu tiên trên thế giới cho phép chỉnh sửa nguyên tử đơn ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển.

Nhóm đã phát hiện ra một cơ chế phản ứng mới trong đó kéo phân tử bị kích thích loại bỏ oxy khỏi furan thông qua quá trình oxy hóa electron đơn và sau đó thêm vào một nguyên tử nitơ.

Donghyeon Kim và Jaehyun You, những tác giả đầu tiên của nghiên cứu và là học viên trong chương trình thạc sĩ và tiến sĩ tích hợp của KAIST tại Khoa Hóa học, đã giải thích rằng kỹ thuật này mang lại tính linh hoạt cao bằng cách sử dụng năng lượng ánh sáng để thay thế các điều kiện khắc nghiệt.

Họ lưu ý thêm rằng công nghệ này cho phép chỉnh sửa có chọn lọc, ngay cả khi áp dụng cho các sản phẩm tự nhiên phức tạp hoặc dược phẩm. Giáo sư Yoonsu Park, người đứng đầu nghiên cứu, nhận xét: "Bước đột phá này, cho phép chỉnh sửa có chọn lọc các cấu trúc vòng hữu cơ năm cạnh, sẽ mở ra cánh cửa mới để xây dựng thư viện các ứng cử viên thuốc vốn là một thách thức quan trọng trong ngành dược phẩm. Tôi hy vọng công nghệ nền tảng này sẽ được sử dụng để cách mạng hóa quy trình phát triển thuốc".

Anh Tú