化学与生活

光药理学 Photopharmacology

光药理学(photopharmacology)是一种新兴的医疗方法,其中将光学开关结构导入药剂中,通过光来改变药物的形状和化学性质,导致不同的生物活性。旨在开发出副作用与毒性更小的药剂[1-3]。 (画像引用自:Wooley Lab, Szymanski Lab

药物疗法存在副作用・毒性以及耐受性等问题、这是由于药物作用的选择性差,以及无法在时间于空间上控制药物活性。

如果药物结构可以通过光照射产生变形来打开/关闭活性,则可以在时间于空间上控制,从而使其产生不同的生物活性。这样有希望实现高精度治疗,毒性降低与耐药性减弱。 同时,小分子化合物的使用也有主语推动光遗传学的研究发展[4]。

引用自论文[2]

光药理学仍处于基础研究阶段。

目前该研究的瓶颈在于缺乏适用于生物体环境使用的光学开关骨架的多样性。具体而言,从基础研究的观点出发,需要开发出以下特征的分子结构。

  • 具有三维扩展的光开关骨架(富sp3或者弯曲sp2结构)
  • 可以用长波长(可见光~近红外光)驱动的光开关骨架[5]

目前,掺入光应答性药物中的分子结构有诸如偶氮苯或二芳基乙烯的化合物,其合成技术已经很好地建立。然而这些分子基本上平面性高,溶解性与靶向性的相辅性很难达成。另外通常需要在短波长光(UV~可见光)下驱动,会产生可逆性与bistable状态的稳定性等问题。

近年来,中分子药物诸如环肽药物和核酸药物引起了人们的关注,其中通过将诸如偶氮苯,螺吡喃或二芳基乙烯的光开关引入药物中来实现“开启”和“关闭”药物的研究相继报道[6,7]。

文献

  1. “Photopharmacology: Beyond Proof of Principle” Velema, W. A.; Szymanski, W.; Feringa, B. L. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 2178. DOI: 10.1021/ja413063e
  2. “Emerging Targets in Photopharmacology” Lerch, M. M.; Hansen, M. J.; van Dam, C. M.; Szymanski, W.; Feringa, B. L. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 10978. DOI:10.1002/anie.201601931
  3. “A Roadmap to Success in Photopharmacology” Broichhagen, J.; Frank, J. A.; Trauner, D.  Acc. Chem. Res. 2015, 48, 1947. DOI: 10.1021/acs.accounts.5b00129
  4. “Optochemical Genetics” Fehrentz, T.; Schonberger, M.; Trauner, D. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 12156. DOI: 10.1002/anie.201103236
  5. “Visible-Light-Activated Molecular Switches” Bléger, D.; Hecht, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 11338. DOI: 10.1002/anie.201500628
  6. “Recent developments in reversible photoregulation of oligonucleotide structure and function” Lubbe, A. L.;  Szymanski, W.; Feringa, B. L. Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 1052. doi:10.1039/C6CS00461J
  7. (a)  “Discovery of light-responsive ligands through screening of light-responsive genetically-encoded library“ Jafari, M. R.; Deng, L.; Ng, S.; Matochko, W.; Tjhung, K.; Zeberof, A.; Elias, A.; Klassen, J. S.; Derda, R. ACS Chem. Biol. 2014, 9, 443. DOI: 10.1021/cb4006722 (b) ”Allene Functionalized Azobenzene Linker Enables Rapid and Light-Responsive Peptide Macrocyclization” Jafari, M. R.; Lakusta, J.;  Lundgren, R. J.; Derda, R. Bioconjugate Chem. 2016, 27, 509. DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.6b00026

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