Rijksuniversiteit Groningen hoogleraar Drug Design, Alexander Domling, heeft een methode bedacht om snel duizenden nieuwe moleculen te synthetiseren en hun eigenschappen als potentiële medicijnen te evalueren. In een paper gepubliceerd door wetenschappelijke vooruitgang op 5 juli, hij laat zien dat deze methode goed werkt wanneer toegepast op boorzuurchemie, een belangrijke techniek in de synthetische organische chemie. De studie produceerde ook een remmer van de fosfatase MptpB, een virulentiefactor van Mycobacterium tuberculosis, die voorheen als een 'onbeschermd' doelwit werden beschouwd.

"We gebruiken een geminiaturiseerde technologie om organische chemie op nanoliterschaal uit te voeren voor het ontdekken van geneesmiddelen, ", legt Dömling uit. "Hierdoor kunnen we grote aantallen varianten van kandidaat-geneesmiddelen maken en deze screenen op de vereiste eigenschappen in een high-throughput systeem." Hij noemt het systeem dat hij eerder dit jaar presenteerde 'ongekend' voor de organische chemie:heeft de high-throughput-methoden die elders gebruikelijk zijn nog niet omarmd."

Bouw blokken

Dömling maakt gebruik van akoestische afgifte, een techniek die halverwege de jaren 2000 werd geïntroduceerd in de celbiologie en biochemie. Reagentia worden opgeslagen in kleine putjes in de bronplaten. Ultrageluidpulsen worden gebruikt om een ​​kleine, druppel van nanoliter omhoog uit de putjes in een andere put op een omgekeerde plaat erboven, de zogenaamde bestemmingsplaat. De kleine druppel plakt aan deze nieuwe bron. Een geautomatiseerd systeem positioneert de bestemmingsplaat om vier verschillende reactanten te verzamelen, elk met een andere chemische bouwsteen. Deze worden vervolgens overgelaten om met elkaar te reageren.

"Deze methode stelt ons in staat om snel duizenden variante moleculen te synthetiseren door een groot aantal enigszins verschillende bouwstenen te gebruiken, " zegt Dömling. Voor een molecuul gemaakt van vier bouwstenen, met 1, 000 versies voor elk, het aantal verschillende moleculen dat je krijgt is 1012. "Met behulp van gewone organische chemiemethoden, dit zou een onmogelijk lange tijd kosten om te synthetiseren en te beoordelen."

Een-pot-benadering

In het systeem van Dömling, in de putten worden grote aantallen varianten geproduceerd in nanolitervolumes. Deze putten worden vervolgens bemonsterd en geanalyseerd met behulp van massaspectrometrie, om te zien of het gewenste molecuul is geproduceerd. "Dit is onze kwaliteitscontrole, en het geeft ook informatie over de reactiviteit van de bouwstenen." de gesynthetiseerde moleculen worden getest op een vereiste eigenschap.

In twee eerder gepubliceerde artikelen, Dömling beschreef deze benadering voor de synthese van isochinoline- en indolderivaten. Nutsvoorzieningen, hij laat zien dat de methode ook werkt voor boorzuurchemie, dat een zeer belangrijk hulpmiddel is geworden in de organische chemie. Boorzuren worden gebruikt als tussenproducten bij het creëren van verschillende koolstofbindingen en zijn ook van belang als potentiële eiwitremmers.

In deze nieuwe studie Dömling en zijn medewerkers laten zien dat de boorzuurreacties goed werken. "We gebruiken een éénpotsbenadering met milde omstandigheden. Dit heeft als bijkomend voordeel dat er geen beschermende groepen nodig zijn voor het boorzuur, wat de synthese gemakkelijker maakt." Zoals projectleiders Dr. Neochoritis en Dr. Shaabani uitleggen, traditioneel, boorzuursynthese is sequentieel, synthetisch veeleisend en tijdrovend.

Tuberculose

De studie laat ook zien dat de nanomol-reacties kunnen worden opgeschaald tot millimol-hoeveelheden, goede opbrengsten opleveren. De screening van de eindproducten in de bestemmingsplaten leidt tot een interessante verbinding die werkt als een remmer van de fosfatase MptpB, een virulentiefactor van Mycobacterium tuberculosis. "Tot nu, deze klasse van fosfatasen wordt beschouwd als niet-medicamenteus vanwege de sterk geladen actieve plaats."

Samengevat, de nieuwe experimenten laten zien dat de eenpotsreactie met boorzuur onder milde omstandigheden op nanomolschaal een hoog slagingspercentage heeft en goede opbrengsten oplevert. "Wij geloven dat onze aanpak de toegankelijkheid van de chemische ruimte van boorzuur aanzienlijk zal vergroten voor toepassingen in de synthese, chemische biologie, en ontdekking van medicijnen, ", zegt Dömling. De resultaten tonen ook aan dat de high-throughput-methode werkt voor verschillende chemische reacties. "Ons doel op lange termijn is om dit te ontwikkelen tot een geautomatiseerd systeem waarbij kunstmatige intelligentie wordt gebruikt om kandidaat-geneesmiddelen te verfijnen en te optimaliseren."