दवा संश्लेषण और खोज में तेजी लाने के लिए नई अणु-निर्माण विधि एक ‘शक्तिशाली उपकरण’ है

आधुनिक औषधीय रसायनज्ञों को बढ़ती चुनौतियों का सामना करना पड़ता है क्योंकि वे कठिन जैविक लक्ष्यों को संबोधित करने के लिए जटिल अणुओं को लक्षित करते हैं। फ्लैट, द्वि-आयामी अणुओं, जैसे कि पाइरीडीन, को संश्लेषित करने की पारंपरिक विधियाँ अच्छी तरह से स्थापित हैं, लेकिन उनके 3डी समकक्षों, जैसे कि पाइपरिडीन, के लिए रणनीतियाँ कहीं अधिक मायावी रही हैं।

इस अंतर को पाटने के लिए, टीम ने पाइपरिडीन को संशोधित करने के लिए दो-चरणीय प्रक्रिया शुरू की, जो कई फार्मास्यूटिकल्स में महत्वपूर्ण हैं। पहला चरण बायोकैटलिटिक कार्बन-हाइड्रोजन ऑक्सीकरण का उपयोग करता है, एक ऐसी विधि जहां एंजाइम चुनिंदा रूप से पाइपरिडीन अणुओं पर विशिष्ट साइटों पर एक हाइड्रॉक्सिल समूह जोड़ते हैं। यह प्रक्रिया इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन नामक एक सामान्य रासायनिक तकनीक के समान है, जो पाइरीडीन जैसे फ्लैट अणुओं के लिए काम करती है, लेकिन यहां इसे 3डी संरचना में लागू किया जाता है।

दूसरे चरण में, ये नव कार्यात्मक पाइपरिडीन निकल इलेक्ट्रोकैटलिसिस के साथ रेडिकल क्रॉस-कपलिंग से गुजरते हैं। यह दृष्टिकोण अतिरिक्त चरणों की आवश्यकता के बिना विभिन्न आणविक टुकड़ों को जोड़कर कुशलतापूर्वक नए कार्बन-कार्बन बांड बनाता है, जैसे सुरक्षात्मक समूहों को जोड़ना जो संश्लेषण के दौरान अणु के कुछ हिस्सों को ढालते हैं या पैलेडियम जैसे महंगे कीमती धातु उत्प्रेरक का उपयोग करते हैं। यह दो-चरणीय प्रक्रिया नाटकीय रूप से सरल बनाती है कि जटिल पाइपरिडीन कैसे बनाए जाते हैं।

राइस में रसायन विज्ञान के सह-लेखक और एसोसिएट प्रोफेसर हंस रेनाटा ने कहा, “हमने अनिवार्य रूप से पाइपरिडीन संश्लेषण को सरल बनाने के लिए एक मॉड्यूलर दृष्टिकोण बनाया है, जो दशकों पहले पैलेडियम क्रॉस-कपलिंग ने पाइरीडीन रसायन विज्ञान में क्रांति ला दी थी।” “यह दवा की खोज के लिए नए आणविक स्थानों को अनलॉक करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण का प्रतिनिधित्व करता है।”

अनुसंधान ने प्राकृतिक उत्पादों और फार्मास्यूटिकल्स में उपयोग किए जाने वाले कई उच्च-मूल्य वाले पाइपरिडीन के सुव्यवस्थित संश्लेषण का प्रदर्शन किया, जिसमें न्यूरोकिनिन रिसेप्टर विरोधी, एंटीकैंसर एजेंट और एंटीबायोटिक शामिल हैं। दृष्टिकोण ने मल्टीस्टेप प्रक्रियाओं को 7-17 चरणों से घटाकर केवल 2-5 कर दिया, जिससे दक्षता और लागत में भारी सुधार हुआ।

यह उपलब्धि औषधीय और प्रक्रिया रसायनज्ञों दोनों के लिए महत्वपूर्ण है। जटिल 3डी अणुओं तक तेजी से पहुंचने के लिए एक सामान्य रणनीति की पेशकश करके, यह विधि पैलेडियम जैसी महंगी कीमती धातुओं पर निर्भरता कम करती है और पारंपरिक रूप से चुनौतीपूर्ण सिंथेटिक मार्गों को सरल बनाती है। फार्मास्युटिकल विकास के लिए, इसका अर्थ है जीवन रक्षक दवाओं तक तेज़ पहुंच, कम उत्पादन लागत और दवा उम्मीदवारों को संश्लेषित करने के लिए एक स्थायी दृष्टिकोण।

रेनाटा ने कहा, “यह काम दवा की खोज के लिए नए आणविक स्थानों को अनलॉक करने के लिए चयनात्मक कार्बन-हाइड्रोजन ऑक्सीकरण और आधुनिक क्रॉस-कपलिंग के लिए एंजाइमैटिक परिवर्तन के संयोजन की शक्ति को प्रदर्शित करता है।”

स्क्रिप्स रिसर्च में रसायन विज्ञान विभाग के सह-लेखक और संस्थान अन्वेषक यू कावामाता ने कहा, “बायोकैटलिटिक ऑक्सीकरण और रेडिकल क्रॉस-कपलिंग के संयोजन से, हम उन अणुओं तक पहुंच को सक्षम कर रहे हैं जिन्हें पहले दुर्गम या निषेधात्मक रूप से महंगा माना जाता था।”

यह विधि दवा डिजाइन और संश्लेषण के लिए नई संभावनाएं खोलती है, खासकर जब उद्योग दवा की विशिष्टता और प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए 3डी आणविक आर्किटेक्चर की ओर बढ़ रहा है। मरीजों और स्वास्थ्य देखभाल प्रणालियों को महत्वपूर्ण दवाओं के लिए तेज़, अधिक कुशल मार्गों, संभावित रूप से लागत में कमी और नए उपचारों तक पहुंच में वृद्धि से लाभ हो सकता है।

रेनाटा और कावामाता के अलावा, स्क्रिप्स रिसर्च में रसायन विज्ञान विभाग में प्रोफेसर फिल बारन भी सह-संबंधित लेखक थे। स्क्रिप्स रिसर्च के पोस्टडॉक्टरल सहयोगी जियान हे और राइस पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता केंटा योकोई इस पेपर के पहले लेखक थे। राइस में रेनाटा की प्रयोगशाला में स्नातक अनुदान के लिए नेशनल साइंस फाउंडेशन रिसर्च एक्सपीरियंस के तहत अध्ययन करने वाली एक छात्रा ब्रीना विक्सटेड और स्क्रिप्स रिसर्च में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता बेनक्सियांग झांग ने भी योगदान दिया।

इस कार्य के लिए वित्तीय सहायता राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान (जीएम-118176 और जीएम-128895), वेल्च फाउंडेशन (सी2159), नाइटो फाउंडेशन से फेलोशिप सहायता और एनएसएफ आरईयू अनुदान 2150216 द्वारा प्रदान की गई थी।