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科学家通过操纵分子手性来消除药物副作用

香港浸会大学(HKBU)的科学家开发了一种新技术,该技术可以生产纯净的治疗药物,而不会产生相关的副作用。

该方法使用纳米结构制造设备,可通过控制基材在设备内旋转的方向来控制药物分子的手性,从而消除了人们服用含有手性不正确分子的药物时可能产生的副作用。

该研究结果发表在科学杂志《自然化学》上,为大规模生产更纯,更便宜和更安全的药物铺平了道路,这些药物可以以可扩展且更环保的方式生产。

控制分子手性可提高药物安全性

许多化学分子具有两种构型或手性形式,它们是彼此的镜像。当共享相同的分子式时,两个手性版本在空间中具有不同的组成原子排列。分子的两个版本的特征是左旋和右旋手性构型,如人的手。具有“左手”和“右手”手性的分子可以具有完全不同的生化作用。

一半以上的治疗药物由等量的左手和右手手性分子组成,通常称为“外敌”。一种可以治愈特定疾病,但另一种可能有不良影响。分离并产生仅具有手性排列的分子(称为单一对映异构体)来产生治疗效果,可以帮助生产具有改进的安全性和功效的药物。

分子手性的宏观控制

通常,分子具有非常小的尺寸,范围是人发直径的百万分之一到十分之一。因此,使用“宏观”控制(即,可以用肉眼看到并用手操作的尺寸尺度)选择性地产生两种手性分子形式之一是极具挑战性的。为了生产单一对映体药物,化学家以压倒性优势使用了称为“手性配体”的分子,以在分子规模上有效地控制实验室或工业中药物的分子手性,这一过程称为不对称合成。然而,用于生产单一对映体药物的现有技术由复杂的程序组成,其昂贵且对环境不利。

浸大物理系副教授黄志峰博士及其研究团队与四川大学,广西医科大学和南方科技大学合作,设计了一种通过宏观调控来操纵分子手性的新方法。 。它涉及用螺旋弹簧形状的螺旋金属纳米结构(即金属纳米螺旋)介导操纵,并且它们的特征尺寸为人发直径的千分之一。

旋转方向决定分子手性

研究团队使用一种称为掠角沉积(GLAD)的纳米制造技术制造了金属纳米螺旋。将银和铜沉积在顺时针和逆时针旋转的支撑基板上,以分别制造右旋和左旋金属纳米螺旋。

然后,研究小组使用紫外线诱导化学反应。这引起了2-蒽羧酸(AC)分子吸附在金属纳米螺旋上进行化学反应并形成手性分子产物,类似于某些手性药物。当AC附着在右旋金属纳米螺旋的表面并暴露于紫外线下时,它会优先产生“右旋”手性分子产物。同样,当AC吸附在左旋金属纳米螺旋的表面并暴露于紫外线下时,它优先产生“左旋”手性分子产物。换句话说,可以通过金属纳米螺旋的手性可靠地确定分子产物的手性,其由底物旋转的方向控制。

研究表明,在宏观水平上控制底物旋转方向可以方便地操纵分子手性。这是宏观方法的史无前例的应用(通过控制4英寸基板支架的旋转方向),以在分子尺度上控制手性(手性分子产物在十亿分之一米的范围内) 。

减少药物副作用的绿色方法

“我们通过宏观工程成功地完成了分子手性的研究,使得仅左旋或右旋的单对映体形式的药物即可方便地合成。因此,它将有助于消除许多治疗药物的不利,有时甚至是致命的副作用”,黄博士说。

在传统的不对称合成方法中,手性配体的使用是不可避免的,并且可能导致污染进入环境。相比之下,在这种新颖的方法中,金属纳米螺旋可重复用于生产单一对映体药物,而无需使用手性配体。结果,它为大规模生产可负担的治疗药物铺平了道路,这些药物以可回收材料以可扩展的方式制成。

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