一种具有激光诱导的生物活性“开关”的化合物

时间:2021-11-09 09:13来源:江苏省激光产业技术创新作者:wuping 点击:
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摘要:江苏激光联盟导读: 一项来自俄罗斯科学家们的新发现表明,激光对于化合物的诱导作用可按需切换,这将对医学发展有重大影响。 你知道吗?激光照射到药物时,可使药物效用根据需要随时进行切换。这项发现来自俄罗斯圣彼得堡国立大学(St.Petersburg State University)。 激光诱导膦酸盐分子生物活性的转换。来源:SPbU 日前,他们在英国皇家化学学会出版的《新化学杂志》上发

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江苏激光联盟导读:

一项来自俄罗斯科学家们的新发现表明,激光对于化合物的诱导作用可按需“切换”,这将对医学发展有重大影响。

 

你知道吗?激光照射到药物时,可使药物效用根据需要随时进行“切换”。这项发现来自俄罗斯圣彼得堡国立大学(St.Petersburg State University)。

 

 

激光诱导膦酸盐分子生物活性的转换。来源:SPbU

 

日前,他们在英国皇家化学学会出版的《新化学杂志》上发表一篇文章,显示了俄罗斯圣彼得堡国立大学,联合俄罗斯科学院圣彼得堡联邦研究中心(SPC RAS)和俄罗斯科学院生态安全科学研究中心的共同研究成果。科学家们开发了一种新的有机化合物,该化合物在其生物学中显示了激光诱导增强活动。研究中发现的膦酸盐将使科学家能够更加精确和安全地影响人体细胞。

 

药物对人体的控制作用在光药理学中得到了详细的研究。光药理学是研究药物暴露在光照下会改变其活性的一个药学领域。圣彼得堡大学的化学家们开发了一种新的膦酸盐,它可以在光照下根据需要“切换”,例如,当药剂到达发炎区域时,就会增加其生物活性。

 

 

使用B3PW91/6-311G(3df,2p)和MP2/6-311++G(3df,2p)程序,展示了计算的静电势(B3PW91/6-31G**)如何为选择合适的卤化物/碱基对提供指导。

 

一般来说,光药理学药剂由两部分组成:药物和光活性开关。然而,科学家们发现了一种可以同时实现这两种功能的化合物——磷酸化芳基酰胺酸酯。在激光照射下,分子的一部分(膦酸基团)实际上发生了转动。这改变了整个分子在空间中的形态和组成,增强了其生物学特性。

 

 

具有不同取代基的PhAM化合物结构,高亮显示二面角。

 

由此产生的物质可应用于眼科、神经退行性疾病(如阿尔茨海默病)等医学领域。这是因为合成的膦酸盐是胆碱酯酶的抑制剂,而胆碱酯酶是人体神经和其他系统的重要酵素。目前已有某些出版物解释了胆碱酯酶水平如何参与皮肤疾病的治疗。药物可以涂在皮肤上,暴露在光线下,从而“打开”或“关闭”

 

此前,该三方联合的研究团队就已开发了一种在光照下降低其生物活性的药剂。发现一种新的膦酸盐具有相反的效果。波长为266或325纳米的定向激光束可改变吸收光谱并增强药剂的生物活性。

 

 

激光辐照对PhAM系列材料性能的影响(a) PhAM化合物的吸收光谱,(b)所有PhAM化合物的不同吸收光谱,(c)PhAM化合物浓度为10−4 M时辐照前后的生物活性,(d)激光辐照后PhAM化合物的异丙醇溶液的颜色变化。

 

AlinaManshina是这项研究的作者、化学博士、激光化学和激光材料科学系教授。她说,尽管开发的药物指的是一组,但它们对光照的反应方式不同:其中一种“打开”,而另一种“关闭”。未来,科学家可能能够同时使用这些化合物,并控制“打开和关闭”选项。不过,这样的研究还需更进一步。

 

“我们的主要成就是,我们发现了膦酸盐与光发射的这种反应。在光束照射下,膦酸盐性质的变化以前从未被研究过。重要的是,开发的药剂不仅对光发生反应,而且在激光照射下改变其形态,从而显著改变其生物特性活动。这一特性实际上是偶然发现的,这在科学研究中经常发生。然而,我们设法通过实验对其进行了测试,并对其进行了描述,”Alina Manshina对该研究发表了评论。

 

 

ΔΔG与BuChE活性位点结合的稳定(0)和亚稳态(1)构象之间(状态1 - 0)

 

此外,科学家们已经注意到,膦酸盐的生物特性也受到化合物中替代剂的影响。由此产生的物质结构具有苯环,能够吸收各种元素,包括氟、溴、氯、氢或甲基С3。因此,由于具有不同替代物的分子对激光发射的反应方式不同,同一种药剂膦酸盐最终将获得不同的生物学特性。

 

有些物质的生物活性仅略有提高,而另一些物质则高达90-95%。这是一个显著的增加,表明替代剂在分子结构中的影响。因此,在PhAM-F>PhAMCl>PhAM Br系列中,暴露后生物活性增加。在氟取代膦酸盐中观察到抑制性能的最大增加(增加6.5倍)。

 

AlinaManshina解释道:“它有可能应用于开发个性化医疗解决方案,考虑到个人特征,选择最佳剂量和暴露。”。

 

未来,研究人员希望更详细地研究开发的化学制剂如何影响人体,以及它们是否能够破坏组织细胞。细胞毒性检查将允许更详细地了解应用领域,并开始临床试验,然后进行实际操作。

 

“我们清楚地认识到,从试管中合成的试剂和测试结果到生产和推出特定药物的过程非常漫长。然而,我们感兴趣的是找到决定试剂是否对光照有反应或这种膦酸盐是否对激光不敏感的关键因素。我们的新研究将集中在寻找这些问题的答案,”Alina Manshina说。

 

在圣彼得堡大学研究园光学和激光材料研究中心进行了光照对磷酸盐生物特性影响的实验研究。

 

来源:Ilya Kolesnikov et al, Laser-induced switching of the biologicalactivity of phosphonate molecules, New Journal of Chemistry (2021). DOI:10.1039/D1NJ02487F

江苏激光联盟陈长军原创作品!

【光粒网综合报道】( 责任编辑:wuping )
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