Chemia kombinatorycznai nowe leki

Nowatorska technika jednoczesnego wytwarzania wielu pokrewnych substancjirewolucjonizuje sposób odkrywania leków

Matthew J. Plunkett i Jonathan A. Ellman

Aby pokonaç chorob´, uk∏ad od-pornoÊciowy produkuje prze-ciwcia∏a – bia∏ka, które wià˝à si´

z atakujàcymi patogenami. Dzi´ki prze-tasowaniu doÊç ograniczonej liczby pod-stawowych sk∏adników mogà powstaçbiliony ró˝nych przeciwcia∏. Uk∏ad od-pornoÊciowy nie wytwarza jednak tychwyspecjalizowanych czàsteczek w mo-mencie zagro˝enia. Organizm wybra∏ tuodmiennà taktyk´: sprawdza skutecznoÊçju˝ istniejàcych przeciwcia∏ wobec nowe-go patogenu, nast´pnie zaÊ przyst´pujedo masowej produkcji tych, które spisu-jà si´ najlepiej. Wraz z innymi badacza-mi od kilku lat naÊladujemy przyrod´,poszukujàc nowych leków. W procesietzw. chemii kombinatorycznej syntety-zujemy du˝à liczb´ pokrewnych substan-cji i wy∏awiamy te, które majà wartoÊçfarmaceutycznà.

Tradycyjna strategia odkrywania le-ków polega natomiast na poszukiwaniuchoçby Êladów ˝àdanej aktywnoÊci nie-mal we wszystkim, co badacz napotka.Testowane sà zatem przeró˝ne zwiàzkisyntetyczne, a tak˝e naturalne – izolo-wane z bakterii, roÊlin i innych êróde∏.Po zidentyfikowaniu dobrze rokujàcejsubstancji (nazwijmy jà wyjÊciowà) che-micy pracowicie krok po kroku mody-fikujà poczàtkowà struktur´i badajà chemiczne i biolo-giczne w∏aÊciwoÊci nowegozwiàzku.

Metoda ta prowadzi cz´stodo leków o zadowalajàcej sku-tecznoÊci i bezpieczeƒstwie sto-sowania. Jednak ka˝dy niemalspecyfik wymaga gigantycz-nego wysi∏ku badaczy, którzywczeÊniej musieli przetestowaçi odrzuciç tysiàce innychzwiàzków. Jest to zatem stra-tegia zabierajàca czas i kosz-towna. PrzejÊcie od substancjiwyjÊciowej do fiolki z lekar-stwem na aptecznej pó∏ce mo-˝e poch∏onàç ca∏e lata i setkimilionów dolarów.

Klasyczne procedury ulep-szono dzi´ki testom przesie-wowym, szybszym i dok∏ad-niejszym ni˝ w przesz∏oÊci,a tak˝e dzi´ki rozwojowi wie-dzy o wp∏ywie modyfikacjistrukturalnych na biologicznàaktywnoÊç czàsteczki. Wrazz rozwojem medycyny wzra-sta jednak zapotrzebowaniena nowe farmaceutyki. Abyje wynaleêç, naukowcy mu-szà mieç znacznie wi´cejzwiàzków do testowania, jakrównie˝ wi´cej mo˝liwoÊciwyszukania substancji wyj-

Êciowych, które b´dà wymagaç jak naj-mniej modyfikacji.

Chemia kombinatoryczna odpowia-da na te potrzeby, pozwalajàc na szyb-kà syntez´ nawet milionów struktural-nie pokrewnych czàsteczek. Co wi´cej,nie sà to jakieÊ dowolne substancje,lecz te, po których chemik, znajàc cechyelementów wyjÊciowych, oczekujeokreÊlonych w∏aÊciwoÊci. Badanie ak-tywnoÊci otrzymywanych produktówwskazuje, które z kombinacji sà najtraf-niejsze. Potencjalne leki szybciej ni˝ kie-dykolwiek przedtem trafiajà do próbklinicznych, a koszt ich uzyskania rów-nie˝ maleje.

Znaleêç w∏aÊciwà kombinacj´

Sposób tworzenia kombinatorycznychkolekcji (bibliotek) zwiàzków poddawa-nych póêniej testom jest doÊç prosty. Wy-korzystujemy standardowe reakcje che-miczne, dzi´ki którym ze zbioru ele-mentów wyjÊciowych powstajà rozmaitewi´ksze struktury. Jako uproszczonyprzyk∏ad rozwa˝my cztery czàsteczki: A1,A2, B1 i B2. Przyjmujemy, ̋ e A1 i A2 ma-jà podobnà budow´, czyli nale˝à do tejsamej klasy. Natomiast B1 i B2 przypisu-jemy do innej klasy zwiàzków chemicz-

nych. Zak∏adamy, ˝e czàsteczki z klasyA i B mogà wzajemnie reagowaç, tworzàcnowe zwiàzki typu A–B. Spodziewamysi´, ˝e niektóre z nich mog∏yby si´ oka-zaç skutecznymi lekami. Procedury che-mii kombinatorycznej pozwalajà nam z ∏a-twoÊcià otrzymaç wszystkie mo˝liwekombinacje: A1–B1, A1–B2, A2–B1 iA2–B2.

W rzeczywistoÊci chemicy pracujà zeznacznie wi´kszà liczbà czàsteczek. Mo-˝emy na przyk∏ad wybraç 30 struktural-nie pokrewnych zwiàzków, które ∏àczyobecnoÊç grupy aminowej (–NH2), oraz30 innych zawierajàcych grup´ karboksy-lowà (–COOH). Nast´pnie, zapewni-wszy odpowiednie warunki reakcji,„krzy˝ujemy” ka˝dà amin´ z ka˝dymkwasem karboksylowym. Otrzymujemy30 x 30 = 900 ró˝nych kombinacji, zwiàz-ków, które b´dà amidami (–CONH–).GdybyÊmy dodali jeszcze trzeci zestawzawierajàcy 30 elementów, wówczasliczba koƒcowych struktur wzros∏aby do27 tys. (30 x 30 x 30). U˝ycie wi´cej ni˝30 zwiàzków w ka˝dym zestawie spo-wodowa∏oby dalszy bardzo szybki przy-rost liczby mo˝liwych kombinacji.

Poszukiwacze leków majà do dyspo-zycji dwie podstawowe techniki kombi-natoryczne. Pierwsza nosi nazw´ synte-

zy równoleg∏ej; wynalaz∏ jàw po∏owie lat osiemdziesià-tych H. Mario Geysen zwià-zany obecnie z Glaxo Well-come. Geysen stosowa∏ po-czàtkowo swà metod´ doustalenia, który fragment do-wolnego du˝ego bia∏ka wià-˝e si´ z przeciwcia∏em. Wy-tworzy∏ wi´c ca∏à gam´krótkich fragmentów bia∏-kowych, czyli peptydów,poprzez liczne permutacjeaminokwasów (elementówbudulcowych, z których po-wstajà bia∏ka i peptydy).Dzi´ki dziesiàtkom, a cza-sem setkom reakcji prze-biegajàcych jednoczeÊnie isprawdzaniu, czy uzyskanepeptydy wià˝à si´ z bada-nym przeciwcia∏em, zdo∏a∏szybko wy∏owiç reaktywnestruktury spoÊród ogromnejliczby czàsteczek.

Produkty uzyskiwane te-chnikà syntezy równoleg∏ejpowstajà w oddzielnych na-czyniach reakcyjnych. Abyu∏atwiç sobie zadanie, chemi-cy stosujà cz´sto tzw. p∏ytk´mikromiareczkowà, plasti-kowy arkusz z wg∏´bieniamio pojemnoÊci kilku mililitrówuszeregowanymi w 8 rz´-

CHEMIA KOMBINATORYCZNA, mieszanie i ∏àczenie moleku-larnych cegie∏ek, pozwala na szybkie wytwarzanie wielkiej liczbyrozmaitych struktur. Wyspecjalizowany robot (powy˝ej) dawkujeodczynniki, z których powstanie obszerny zbiór zwiàzków che-micznych (na stronie obok).

CH

AR

LES

O’R

EA

R

CH

AR

LES

O’R

EA

R

ÂWIAT NAUKI Czerwiec 1997 27

dów i 12 kolumn. Tutaj zachodzà reakcjechemiczne. Tablicowe uporzàdkowanieodczynników jest u∏atwieniem w przy-gotowaniu mieszanin reakcyjnych orazidentyfikacji pobieranych produktów.

Aby otrzymaç na przyk∏ad seri´ ami-dów przez ∏àczenie oÊmiu ró˝nych aminz dwunastoma kwasami karboksylowy-mi, nale˝y wkropliç pierwszà amin´ dostudzienek w pierwszym rz´dzie, dru-gà do drugiego rz´du itd., a nast´pnie

dodaç kwasy karboksylowe, ka˝dy znich do jednej z dwunastu kolumn. Z20 elementów mo˝na zatem w ten spo-sób otrzymaç bibliotek´ 96 ró˝nychzwiàzków chemicznych.

Syntez´ kombinatorycznà chemicyzaczynajà cz´sto od przy∏àczenia pierw-szego zestawu elementów do chemicz-nie oboj´tnych, mikroskopijnych pere∏ekpolistyrenowych (cz´sto nazywanychpod∏o˝em sta∏ym). Nie przereagowany

materia∏ jest odmywany po ka˝dej re-akcji; pozostajà jedynie zakotwiczoneprodukty. KorzyÊci p∏ynàce z ∏atwegooczyszczania przewa˝ajà nad kompli-kacjami zwiàzanymi z koniecznoÊciàosadzania zwiàzków na pod∏o˝u i póê-niejszego ich uwalniania.

Rutynowe operacje w syntezie rów-noleg∏ej, takie jak wkraplanie odczyn-ników do odpowiednich studzienek,w wielu laboratoriach powierza si´ dziÊwyspecjalizowanym robotom. Dzi´kitemu proces staje si´ dok∏adniejszyi mniej pracoch∏onny. Pierwsze zauto-matyzowane urzàdzenie do syntezy40 zwiàzków jednoczeÊnie skonstruo-wali naukowcy z laboratoriów Parke--Davis. W firmie Ontogen powsta∏ na-tomiast robot, który mo˝e wytwarzaçnawet 1000 substancji dziennie. Czaspotrzebny do zakoƒczenia syntezy rów-noleg∏ej zale˝y od liczby produkowa-nych zwiàzków; jej podwojenie wyd∏u-˝a go niemal dwukrotnie. Te praktycznewzgl´dy ograniczajà wielkoÊç tworzo-nych bibliotek najwy˝ej do kilkudzie-si´ciu tysi´cy zwiàzków chemicznych.

Dziel i mieszaj

Inny sposób tworzenia kombinato-rycznych bibliotek, znany pod angiel-skà nazwà split-and-mix (dziel i mie-szaj), zaproponowa∏ w koƒcu latosiemdziesiàtych Árpád Furka, obecniepracujàcy w firmie Advanced Chem-Tech w Louisville (Kentucky). Inaczejni˝ w syntezie równoleg∏ej, podczas któ-rej ka˝dy zwiàzek pozostaje w odr´b-nym naczyniu, w technice split-and-mixotrzymujemy mieszanin´ wielu produk-tów. Dzi´ki temu potrzeba mniej naczyƒreakcyjnych, a liczba produktów roÊnienawet do kilku milionów. Cenà sà trud-noÊci z identyfikacjà i testowaniem bio-logicznej aktywnoÊci poszczególnychzwiàzków w z∏o˝onych mieszaninach.

Zasad´ procesu split-and-mix wyja-Ênimy na prostym przyk∏adzie. NiechA, B i C oznaczajà trzy zestawy substan-cji; ka˝dy z nich zawiera trzy elementy(A1, A2, A3; B1, B2, B3 itd.). Zaczynamyod trzech probówek z polistyrenowymipere∏kami. W pierwszej do pere∏ek przy-czepiamy czàsteczki A1, w drugiej – A2,w trzeciej natomiast – A3. Póêniej trzyrodzaje czàsteczek A (wszystkie zwià-zane z polistyrenowym noÊnikiem)umieszczamy we wspólnym naczyniu,dok∏adnie mieszamy i znów dzielimyna trzy porcje. Teraz w ka˝dej z trzechprobówek znajduje si´ mieszanina czà-stek A. Nast´pnie do pierwszej dodaje-my czàsteczki B1, do drugiej – B2, dotrzeciej zaÊ – B3. W kolejnym analogicz-nym cyklu wprowadzamy czàsteczki

28 ÂWIAT NAUKI Czerwiec 1997

Synteza równoleg∏a

PERE¸KA POLISTYRENOWA

CZÑSTECZKA A1

CZÑSTECZKA B1

B2

B3

A2A3

KROK 1Zacznij od p∏ytki mikromiareczkowej,czyli plastikowego arkusza z wg∏´bienia-mi. Wg∏´bienia wype∏nij cz´Êciowozawiesinà oboj´tnych chemiczniepere∏ek polistyrenowych (szare kó∏ka).Typowa p∏ytka zawiera 8 rz´dów i 12 kolumn, czyli 96 mikrostudzienek; na rysunku przedstawiono tylko jej lewy górny róg.

KROK 2Do zawiesiny polistyrenowych pere∏ekdodaj pierwszy zestaw czàsteczek(kwadraty) nale˝àcych do klasy A,tak aby A1 znalaz∏y si´ w pierwszymrz´dzie, A2 w drugim itd. Nast´pnieprzefiltruj zawartoÊç wszystkichstudzienek w celu oddzielenia nieprzereagowanych odczynników(tych, które nie zwiàza∏y si´z polistyrenowymi pere∏kami).

KROK 3Dodaj drugi zestaw czàsteczek klasy B(trójkàty). B1 wkraplaj do pierwszejkolumny, B2 do drugiej itd. Przeprowadêfiltrowanie tak jak w poprzednim kroku.

KROK 4Po skompletowaniu 96-elementowejbiblioteki od∏àcz koƒcowe produktyod polistyrenowego pod∏o˝a,aby poddaç je próbomaktywnoÊci biologicznej.

JAR

ED

SC

HN

EID

MA

N D

ES

IGN

z zestawu C. Otrzymujemy w ten spo-sób 27 ró˝nych zwiàzków.

Aby wy∏owiç najcenniejsze z nich, na-le˝y badaç Êrednià aktywnoÊç kolejnychmieszanin. Póêniej stosujàc ró˝ne tech-niki, dedukuje si´, który z „kombinato-rycznych” produktów obecnych w naj-bardziej aktywnej mieszaninie mapo˝àdane w∏aÊciwoÊci biologiczne.

Kilka firm farmaceutycznych zauto-matyzowa∏o tak˝e procedur´ split-and--mix. Jedno z pierwszych tego typuurzàdzeƒ (opracowane w laboratoriachfirmy Chiron) potrafi syntetyzowaç mi-lion zwiàzków w ciàgu kilku tygodni.Specjalny robot zajmuje si´ dozowaniemodczynników, mieszaniem i porcjowa-niem sta∏ego pod∏o˝a.

WspomnieliÊmy ju˝, ˝e podczas syn-tez opartych na dzieleniu i mieszaniutrudno zidentyfikowaç konkretnà ak-tywnà substancj´, która kryje si´ w z∏o-˝onej miksturze. Kit Lam z Universityof Arizona znalaz∏ sposób przezwyci´-˝enia tej trudnoÊci, zauwa˝ywszy, ˝epod koniec syntezy wszystkie czàstecz-ki przyczepione do danej pere∏ki noÊni-ka majà t´ samà struktur´. Chemicy mo-gà wi´c odizolowaç polistyrenowe ku-leczki zwiàzane z po˝àdanà substancjàaktywnà, póêniej zaÊ pos∏u˝yç si´ czu-∏ymi metodami analitycznymi, aby usta-liç jej budow´. Niestety, metoda ta mo-˝e byç stosowana tylko w wypadkuniektórych zwiàzków, takich jak pepty-dy lub krótkie fragmenty DNA.

Inni badacze opracowali metodyoznaczania pere∏ek chemicznymi „ety-kietami” – swego rodzaju odpowiedni-kiem kodu kreskowego – z którychmo˝na odczytaç histori´ dodawania ko-lejnych elementów. Odczytanie etykie-ty jest jednoznaczne z identyfikacjà za-kotwiczonych substancji. Szczególniedu˝o wnieÊli tu naukowcy z biotechno-logicznej spó∏ki Pharmacopeia, którzywykorzystali procedury W. Clarka Stil-la z Columbia University. K∏opotyz identyfikacjà zwiàzków sà jednak po-wa˝ne, dlatego wi´kszoÊç firm poprze-staje dziÊ raczej na syntezie równoleg∏ej.

Biblioteki leków

Obie metody syntezy kombinatorycz-nej debiutowa∏y jako sposób tworzeniapeptydów. Czàsteczki te, choç bardzoistotne dla organizmu, nie sà zbyt przy-datne jako leki, poniewa˝ rozk∏adajà si´w jelitach, trudno si´ wch∏aniajà w ˝o-∏àdku i szybko znikajà z krwiobiegu. In-tensywne zainteresowanie chemià kom-binatorycznà pojawi∏o si´ wówczas, gdyzrozumiano jej przydatnoÊç do syntezyuznanych farmaceutyków, takich jakzwiàzki z grupy benzodiazepin.

Benzodiazepiny nale˝à do najcz´Êciejprzepisywanych leków. Najlepiej zna-nym przyk∏adem jest diazepam (rela-nium, valium), lek uspokajajàco-nasen-ny. AktywnoÊç biologicznà przejawiajednak równie˝ wiele innych pokrew-nych zwiàzków, które mogà dzia∏açprzeciwdrgawkowo, pobudzajàco, prze-ciwzakrzepowo (antagonistycznie doczynnika pobudzajàcego p∏ytki krwi).Nale˝à te˝ do nich inhibitory enzymuodwrotnej transkryptazy wirusa HIVoraz inhibitory farnezylotransferazybia∏ka Ras (enzymu uczestniczàcegow procesach nowotworowych).

WieloÊç zastosowaƒ sprawi∏a, ˝e ben-zodiazepiny by∏y pierwszà grupàzwiàzków, w której poszukiwano no-wych leków metodami chemii kombi-natorycznej. Jeden z nas (Ellman) przed-stawi∏ w 1992 roku wraz z BarrymBuninem (tak˝e z University of Califor-nia w Berkeley) sposób syntezy benzo-diazepin na sta∏ym pod∏o˝u. Otwartow ten sposób drog´ do tworzenia biblio-tek zawierajàcych tysiàce potencjalnieu˝ytecznych pochodnych.

Niedawno usprawniliÊmy t´ proce-dur´, istotnie zwi´kszajàc liczb´ pro-duktów. Najtrudniejszym zadaniem

ÂWIAT NAUKI Czerwiec 1997 29

JAR

ED

SC

HN

EID

MA

N D

ES

IGN

Synteza typu split-and-mix

KROK 1Zacznij od probówek wype∏nionychzawiesinà oboj´tnych chemicznie kulekpolistyrenowych (szare kó∏ka). Rysunek,dla uproszczenia, przedstawia tylko trzyprobówki, w rzeczywistoÊci mo˝e ich byçdziesiàtki. Dodaj pierwszy zestawczàsteczek klasy A (kwadraty),tak aby w pierwszej znalaz∏ si´zwiàzek A1, w drugiej A2 itd.

KROK 3Mieszanin´ podziel na trzy równe cz´Êci.Dodaj drugi zestaw czàsteczek klasyB (trójkàty), wkraplajàc B1 do pierwszejprobówki, B2 do drugiej itd. Kroki 2 i 3mo˝esz powtarzaç wielokrotnie –zale˝nie od zaplanowanej liczbyelementów w koƒcowym produkcie.

KROK 4Odfiltruj nie przereagowane odczynniki,oddziel gotowe zwiàzki od pere∏ekpolistyrenowych. Cz´sto bada si´zawartoÊç ka˝dej z probówek w celuokreÊlenia Êredniej aktywnoÊcibiologicznej mieszanin. Najlepszew∏aÊciwoÊci mo˝e mieç na przyk∏admieszanina, do której ostatnio wkraplanoB2. Wówczas powtarza si´ syntez´,kojarzàc B2 z ró˝nymi substancjami A,aby ustaliç, który spoÊród zwiàzkówtypu A–B2 jest najbardziej skuteczny.

KROK 2Wymieszaj zawartoÊç wszystkichprobówek.

A2

A3

PERE¸KA POLISTYRENOWA

CZÑSTECZKA A1

B2

B3

CZÑSTECZKA B1

podczas projektowania syntez kombi-natorycznych jest wybranie warunkóweksperymentalnych, gwarantujàcychminimalizacj´ reakcji ubocznych, a tymsamym – niski poziom zanieczyszczeƒ.Optymalizacja wszystkich parametrówzaj´∏a nam ponad rok, póêniej jednakzdo∏aliÊmy (wraz z Buninem) wytwo-rzyç metodà równoleg∏ej syntezy 11 200zwiàzków w ciàgu zaledwie dwóchmiesi´cy.

Obiecujàce substancje

Okaza∏o si´, ˝e biblioteka ta zawiera-∏a kilka potencjalnych leków. W ramachprojektu badawczego realizowanegowspólnie z Victorem Levinem i Ray-mondem Budde z University of TexasM. D. Anderson Cancer Center w Hou-ston zidentyfikowaliÊmy pochodnà dia-zepiny, która inhibuje enzym zaanga-˝owany w powstawanie raka okr´˝ni-cy i w osteoporoz´. Natomiast wspó∏-praca z Garym Glickiem i jego kolegamiz University of Michigan zaowocowa-∏a odkryciem innej benzodiazepiny, ha-mujàcej oddzia∏ywanie jednoniciowe-go DNA z przeciwcia∏ami, które mo˝ebyç istotnà przyczynà tocznia uk∏ado-wego rumieniowatego. Zwiàzki te pod-dawane sà na razie wst´pnym próbomlaboratoryjnym.

Odkàd wraz z innymi chemikamiwykazaliÊmy przydatnoÊç technik kom-binatorycznych do syntezy potencjal-nych leków, przemys∏ farmaceutyczny

zaczà∏ realizowaç nowe projekty ba-dawcze. W ciàgu minionych 5 lat po-wsta∏y dziesiàtki niewielkich firm sto-sujàcych wy∏àcznie t´ metod´, a prawiewszystkie du˝e koncerny majà obecniew∏asne oddzia∏y chemii kombinatorycz-nej lub wspó∏pracujà z mniejszymi,

wyspecjalizowanymi w tej dziedzinieprzedsi´biorstwami.

Metody kombinatoryczne uchodzàdziÊ cz´sto za rutynowe, a zastosowanieich nie ogranicza si´, rzecz jasna, tylkodo benzodiazepin. Chemicy wykorzy-stujà kombinatoryczne biblioteki ma∏ychczàsteczek organicznych jako êród∏oobiecujàcych substancji wyjÊciowychbàdê do optymalizacji aktywnoÊci zna-nego ju˝ specyfiku. Podczas poszukiwaƒnowej substancji wyjÊciowej powstajàcz´sto bardzo obszerne biblioteki, z dzie-siàtkami tysi´cy lub nawet milionamiproduktów koƒcowych. Natomiast bi-blioteki s∏u˝àce zwi´kszeniu skuteczno-Êci lub bezpieczeƒstwa stosowania ist-niejàcego specyfiku sà z regu∏y znaczniemniejsze, kilkusetsk∏adnikowe.

Kilka firm farmaceutycznych przy-stàpi∏o ju˝ do klinicznego testowania le-ków, które odkryto dzi´ki metodom che-mii kombinatorycznej. Poniewa˝ odpo-wiednie programy badawcze zosta∏ywdro˝one stosunkowo niedawno, ˝ad-nego zwiàzku spoÊród potencjalnychkandydatów nie sprawdzano jeszczewystarczajàco d∏ugo, by uzyskaç akcep-tacj´ Food and Drug Administration.Jednak ukazanie si´ na rynku pierw-szych owoców chemii kombinatorycznejjest ju˝ tylko kwestià czasu.

Za przyk∏ad mo˝e s∏u˝yç preparatopracowany w firmie Pfizer. Tradycyj-ne metody doprowadzi∏y tam w 1993 ro-ku do odkrycia substancji wyjÊciowej,

30 ÂWIAT NAUKI Czerwiec 1997

ROBOT w Arris Pharmaceutical automatycznie przesuwa p∏ytki mikromiareczkowe z bi-bliotekami kombinatorycznymi do urzàdzenia, które testuje ich aktywnoÊç biologicznà.

POLISTYRENOWE KULECZKI (widoczne tutaj w oko∏o 100-krotnym powi´kszeniu) tostandardowy rekwizyt chemii kombinatorycznej. Produkty reakcji przyczepione do ichpowierzchni ∏atwo jest odseparowaç od zb´dnego, nie przereagowanego materia∏u. Fo-tografia przedstawia wynik testu aktywnoÊci biologicznej; kolor czerwony sygnalizujeobecnoÊç syntetycznego receptora steroidów.

CH

AR

LES

O’R

EA

R

Za z

godà

W. C

LAR

KA

STI

LLA

która skutecznie zapobiega∏a mia˝d˝y-cy t´tnic. Nast´pnie dzi´ki syntezie rów-noleg∏ej w ciàgu nieca∏ego roku jednoz laboratoriów Pfizera wytworzy∏o po-nad tysiàc zwiàzków pochodnych; nie-które z nich dzia∏a∏y nawet 100 razy sil-niej ni˝ substancja wyjÊciowa. Jeden lekwydzielony z tej serii poddawanyjest obecnie testom klinicznym.Warto dodaç, ˝e naukowcy mu-sieli otrzymaç ponad 900 sub-stancji, zanim dostrzegli zwi´ksze-nie po˝àdanej aktywnoÊci biologicznej.Prawie 1000 zwiàzków wyprodukowa-no wi´c na darmo. Przy stosowaniu tra-dycyjnych metod syntezy, polegajàcychna modyfikacjach krok po kroku, nie-wiele laboratoriów mog∏oby sobie po-zwoliç na podobne nieliczenie si´ z cza-sem i pieni´dzmi.

Szukajàc Êrodka przeciw bólom mi-grenowym, równie˝ chemicy z firmy EliLilly pos∏u˝yli si´ syntezà równoleg∏à.Dysponowali substancjà wyjÊciowà, któ-ra ch´tnie ∏àczy∏a si´ z docelowà struk-turà biochemicznà (receptorem). Oba-wiano si´ jednak niepo˝àdanych efe-któw ubocznych, wykazywa∏a ona bo-wiem tak˝e silne powinowactwo do in-nych, pokrewnych receptorów. Po zsyn-tetyzowaniu oko∏o 500 pochodnych tejsubstancji wy∏owiono obiecujàcy lek,poddawany obecnie testom klinicznym.

Z pewnoÊcià opracowane zostanàsposoby jeszcze szybszego i taƒszegotworzenia bibliotek kombinatorycz-nych. Powstajà ju˝ wyrafinowane meto-dy, które zwi´kszà wydajnoÊç syntezlub wyeliminujà koniecznoÊç dodawa-nia (a potem usuwania) polistyrenowe-go pod∏o˝a. Mo˝na równie˝ przy-puszczaç, ˝e przemys∏ farmaceutycznyusprawni sposoby zbierania i analizydanych o aktywnoÊci syntetyzowanychproduktów. (Dysponujemy ju˝ na przy-k∏ad wiedzà na temat powinowactwatysi´cy zwiàzków z pewnej bibliotekido okreÊlonego receptora, którà mo˝-

na wykorzystaçdo przewidzenia jegokszta∏tu, wielkoÊci i ∏adun-ków elektrycznych, mimo ˝enie znamy jego dok∏adnej struktu-ry.) Takie informacje mogà byç po-mocnà wskazówkà dla chemików, któ-rzy modyfikujà okreÊlone substancjewyjÊciowe lub poszukujà materia∏u dokonstruowania nowych bibliotek kom-binatorycznych.

Chocia˝ koncentrowaliÊmy si´ tutajna uzyskiwaniu nowych leków, chemiakombinatoryczna zaczyna wywieraçwp∏yw równie˝ na dziedziny pokrew-ne – zw∏aszcza chemi´ nowych ma-teria∏ów. Peter G. Schultz i jego wspó∏-pracownicy z University of Californiaw Berkeley u˝yli procedur kombinato-rycznych do okreÊlenia sk∏adu nad-przewodników wysokotemperaturo-wych. Inni wykorzystujà te metodydo otrzymywania ciek∏ych kryszta∏ówznajdujàcych zastosowanie w p∏askichwyÊwietlaczach oraz przy poszukiwa-niu substancji do baterii cienkowarstwo-wych. Zespo∏y badawcze majà nadzie-j´ szybko i tanio produkowaç nowe,u˝yteczne materia∏y. Bez wàtpienia do-piero zaczynamy sobie uÊwiadamiaç

rzeczywiste mo˝liwoÊcitkwiàce w tej technice.Syntez´ kombinatorycznà

móg∏by ktoÊ uznaç za zbyt przy-padkowy sposób dzia∏ania. Losowo

zestawiamy sk∏adowe elementy, liczàcna otrzymanie cennej substancji. Nie jestto aby tryumf szcz´Êliwego trafu nadrzetelnà wiedzà i wnikliwym przewi-dywaniem? Podobne wra˝enie by∏obydalekie od prawdy. WartoÊciowa biblio-teka nie powstaje bez zakrojonych naszerokà skal´ badaƒ i planowania. Che-mik musi sam wybraç odpowiednie „ce-gie∏ki” i okreÊliç sposób badania biolo-gicznej aktywnoÊci produktów. Chemiakombinatoryczna wyposa˝y∏a naukow-ców w nowe, atrakcyjne sposoby zbiera-nia, porzàdkowania i analizy informacjio w∏aÊciwoÊciach zwiàzków chemicz-nych. Zasada wyboru najbardziej efek-tywnej kombinacji spoÊród wielu po-krewnych – od milionów lat wykorzy-stywana w uk∏adach odpornoÊciowych– zmienia dziÊ sposób odkrywania le-ków. To sympatyczny paradoks, ˝e si∏yobronne organizmu nauczy∏y nas, jaksporzàdziç lek, gdy same zawiodà.

T∏umaczy∏Robert Ko∏os

ÂWIAT NAUKI Czerwiec 1997 31

NADPRZEWODNIKI tak˝e mo˝na uzyskiwaç dzi´ki metodomkombinatorycznym. Ta biblioteka zawiera 128 rozmaicie zmody-fikowanych tlenków miedzi (CuO); niektóre z tych substancjiwykaza∏y w∏aÊciwoÊci nadprzewodzàce.

Za z

godà

PE

TER

A G

. SC

HU

LTZA

Informacje o autorachMATTHEW J. PLUNKETT i JONATHAN A. ELLMAN wspólniepracowali nad kombinatorycznà syntezà leków w University of Ca-lifornia w Berkeley. Plunkett doktoryzowa∏ si´ tam w 1996 roku,a nast´pnie przeszed∏ do Arris Pharmaceutical, gdzie tworzy kom-binatoryczne biblioteki w poszukiwaniu inhibitorów proteazy orazpracuje nad technikami losowego badania aktywnoÊci uzyskiwa-nych substancji. Ellman wyk∏ada w Berkeley od 1992 roku. Jego la-boratorium opracowuje nowe metody kombinatorycznej syntezyzwiàzków organicznych, a tak˝e bada zastosowania tej techniki dorozwiàzywania problemów chemii i biologii.

Literatura uzupe∏niajàcaSYNTHESIS AND APPLICATIONS OF SMALL MOLECULE LIBRARIES. Lorin A.

Thompson i Jonathan A. Ellman, Chemical Reviews, vol. 96, nr 1, ss.555-600, I/1996.

COMBINATORIAL CHEMISTRY. Raport specjalny Chemical & EngineeringNews, vol. 74, nr 7, ss. 28-73, 12 II 1996.

COMBINATORIAL CHEMISTRY. Wyd. specjalne Accounts of Chemical Research.Red. Anthony W. Czarnik i Jonathan A. Ellman, vol. 29, nr 3, III/1996.

HIGH-THROUGHPUT SCREENING FOR DRUG DISCOVERY. James R. Broach i Je-remy Thorner, Nature, vol. 384, suplement, nr 6604, ss. 14-16, 7 XI1996.