LED'er lyser vejen til bedre lægemiddelterapier

Radioaktivitet kan have en dårlig rap, men det spiller en afgørende rolle i medicinsk forskning. En revolutionerende ny teknik til at skabe radioaktive molekyler, banebrydende i Princetons kemiprofessor David MacMillans laboratorium, har potentiale til at bringe ny medicin til patienterne meget hurtigere end tidligere.

"Dit gennemsnitlige lægemiddel tager 12 til 14 år at komme på markedet, " sagde MacMillan, James S. McDonnell Distinguished University Professor of Kemi. "Så alt, hvad vi kan gøre for at tage den 14- eller 12-årige tidsramme og komprimere den, vil gavne samfundet, fordi det får medicin til mennesker - til samfundet - så meget hurtigere."

Enhver potentiel ny medicin skal gennemgå en test for at bekræfte, at den påvirker den del af kroppen, den er beregnet til at påvirke. "Går det det rigtige sted hen? Det forkerte sted? Det rigtige sted og det forkerte sted?" spurgte MacMillan.

At spore et kemikalies vej, der opløses i blodbanen, udgjorde en alvorlig udfordring, men en, som radiokemikere løste for år siden ved at udskifte individuelle atomer med radioaktive substitutter. Når det er gjort, "egenskaberne af molekylet - af lægemidlet - er nøjagtig de samme, bortset fra at de er radioaktive, og det betyder, at du virkelig kan spore dem, rigtig godt, " sagde MacMillan.

Men det introducerede et nyt problem.

"At få disse radioaktive atomer ind i stoffet er ikke en triviel ting at gøre, "sagde han." Folk har udviklet sig længe, nogle gange månedslang, to måneder, tre måneder lange sekvenser bare for at få en lille mængde af et stof med nogle få radioaktive atomer."

Men nu har han og hans kolleger fundet en bedre måde, trækker på deres arbejde ved hjælp af blå LED -lys og katalysatorer, der reagerer på lys, kendt som fotokatalysatorer. Deres forskning blev offentliggjort online i tidsskriftet Videnskab den 9. nov.

"Det var en skør idé! Heldigvis, det virkede, " sagde MacMillan. "Det, vi fandt på, var, hvis du kaster lys på dem, kunne disse fotokatalysatorer faktisk fjerne det ikke-radioaktive atom og derefter installere det radioaktive atom? "

De kunne.

MacMillans teknik bruger "tungt vand, " som erstatter hydrogenet (H) i H2O med tritium, en radioaktiv version af brint, der har ekstra to neutroner pr. atom.

"Hvis du bare lader dit stof sidde i det radioaktive vand og skinne lys på det med en katalysator, katalysatoren vil fjerne atomet, som ikke er radioaktivt - i dette tilfælde er det brint - og erstatte det med tritium, " han sagde.

Pludselig, at påsætte en af ​​disse atommærker tager timer i stedet for måneder, og teknikken virker på mange slags ofte anvendte forbindelser. Forskerne har allerede testet det på 18 kommercielt tilgængelige lægemidler, samt kandidater i Merck -lægemiddelopdagelsesrørledningen.

For forbindelser, der ikke har brug for radioaktive mærker, den samme et-trins proces kan bytte i deuterium, en version af brint med kun en ekstra neutron. Disse "stabile etiketter" (med deuterium) og "radioetiketter" (med tritium) har utallige anvendelser, i den akademiske verden såvel som lægemiddelopdagelse.

Enkelheden af ​​denne nye tilgang har en anden implikation, sagde Jennifer Lafontaine, seniordirektøren for syntese og analytisk kemi for Pfizer i La Jolla, Californien, som ikke var involveret i undersøgelsen.

Fordi den tidligere proces var så ressourcekrævende, deuterium- eller tritiummærkede molekyler blev ofte kun skabt til kemikalier, der var "ret avancerede i opdagelsen af ​​lægemidler, " sagde hun. "Denne metode kunne derfor åbne døren til tidligere og udvidet brug af isotopmærkning i lægemiddelopdagelse, betydeligt forbedre vores evne til at studere lægemiddelkandidater på et dybere plan, og på tværs af en række applikationer."

Denne nye metode udnytter det nye område inden for fotokatalyse, som var banebrydende i Princeton og anvendte det på endnu et nyt felt, sagde MacMillan. Det har også en tydelig økonomisk værdi, men det vinkede han af.

"Ingen patenterer noget af det her, fordi vi ønsker, at det skal være tilgængeligt for alle at bruge, " sagde MacMillan.

Denne teknologi er udviklet i samarbejde med Merck på Princetons Merck Catalysis Center, hvor Princeton kandidatstuderende Yong Yao Loh og postdoc-forsker Kazunori Nagao foretog forskning ved hjælp af det radioaktive materiale, sagde Ian Davies, en medforfatter på Videnskab papir, der var hovedforsker ved partnerlaboratoriet hos Merck, mens forskningen blev udført.

"Dette er et godt eksempel på et Princeton-industrielt samarbejde, der gavner videnskaben og hele samfundet, " sagde Davies.