科学家们通过操纵分子的手性来消除药物的副作用

时间:2020-05-25 18:51 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

科学家们通过操纵分子的手性来消除药物的副作用

香港浸会大学(HKBU)的科学家开发了一种新技术,可以生产出没有副作用的纯治疗药物。

该方法使用纳米结构制造设备,通过控制药物基板在设备内旋转的方向来操纵药物分子的手性,从而消除了人们服用含有不正确手性分子的药物时可能产生的副作用。

这项研究成果发表在科学杂志《自然化学》上,为大规模生产更纯净、更便宜、更安全的药物铺平了道路。

分子手性的控制提高了药物安全性

很多化学分子都有两种构型,或者说是手性构型,它们互为镜像。虽然具有相同的分子式,但这两种手性版本的原子在空间中的排列方式不同。这两种分子的特征是左手和右手的手性构型,就像人手一样。具有“左旋”和“右旋”手性的分子具有完全不同的生化效应。

超过一半的治疗药物是由同等数量的左手和右手手性分子,通常被称为“外消旋体”;一种可以治愈特定的疾病,但另一种可能有副作用。仅用手性排列(即单一对映体)分离和生产具有治疗作用的分子,有助于生产安全性和有效性更高的药物。

分子手性的宏观调控

一般来说,分子的尺寸非常小,只有人类头发直径的百万分之一到十万分之一。因此,利用“宏观尺度”控制(即可以用肉眼看到和用手操作的尺度)来选择性地生产这两种手性分子之一是极具挑战性的。为了生产单对映体药物,化学家们大量使用“手性配体”分子,在实验室或在分子尺度上有效地控制药物的分子手性,这一过程被称为不对称合成。然而,现有的制备单对映体药物的工艺复杂,成本高,对环境不利。

香港浸会大学物理系副教授黄志峰博士和他的研究小组与四川大学、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。它涉及到用螺旋弹簧形状的螺旋金属纳米结构(即金属纳米螺旋)调节操作,它们的特征尺寸只有人类头发直径的千分之一。

旋转方向决定了分子的手性

研究小组使用一种被称为掠角沉积(GLAD)的纳米制造技术制造了这种金属纳米螺旋。将银和铜沉积在顺时针和逆时针旋转的支撑基板上,分别制造出右手和左手金属纳米螺旋。

研究小组随后用紫外线来引发化学反应。这使得2-蒽甲酸(AC)分子吸附在金属纳米螺旋上进行化学反应,形成手性分子产物,类似于某些手性药物。当AC附着在右手性金属纳米螺旋表面并暴露在紫外线下时,它优先产生“右手性”手性分子产物。同理,当AC吸附在左手金属纳米螺旋表面并暴露在紫外线下时,优先产生“左手”手性分子产物。换句话说,分子产物的手性可以可靠地由金属纳米螺旋的手性决定,而金属纳米螺旋的手性是由基底旋转的方向控制的。

研究表明,在宏观水平上控制衬底旋转方向可以方便地控制分子的手性。这是一个前所未有的宏观尺度方法的应用(通过控制一个4英寸的衬底固定器的旋转方向)来操纵分子尺度上的手性(10亿分之一米范围内的手性分子产物)。

减少药物副作用的绿色方法

“我们通过宏观工程成功地操纵了分子的手性,使得仅用左旋或右旋就能方便地合成单对映体形式的药物。”因此,它将有助于摆脱许多治疗药物的副作用,有时是致命的,”黄博士说。

手性配体在传统的不对称合成方法中的应用是不可避免的,而且会对环境造成污染。相比之下,在这种新的方法中,金属纳米螺旋可以重复使用来生产单对映体药物,而不需要使用手性配体。因此,它为大规模生产可负担得起的治疗药物铺平了道路,这些药物是用可回收材料以可伸缩的方式制造的。

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