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核磁共振技术加快先导化合物发现

导读: 自1946年两位美国科学家布洛赫和珀塞尔观察到凝聚态的核磁共振信号至今已经半个多世纪过去了。经过60多年的迅猛发展,核磁共振技术早已从一开始用来测定原子核的磁矩等物理方面的应用拓展到了化学、医学、生命科学、材料、食品、地球科学甚至是井下作业等领域。

说起核磁共振,大多数人对它的印象都还停留在医院的核磁共振成像上。作为一种更为新型的影像检查技术,核磁共振成像在疾病的诊断中具有的潜在优越性和对人体无害优点,确实在医学上有着不可替代的地位,是众医护人员的左膀右臂。但这只是核磁共振技术为人所知的冰山一角而已。

自1946年两位美国科学家布洛赫和珀塞尔观察到凝聚态的核磁共振信号至今已经半个多世纪过去了。经过60多年的迅猛发展,核磁共振技术早已从一开始用来测定原子核的磁矩等物理方面的应用拓展到了化学、医学、生命科学、材料、食品、地球科学甚至是井下作业等领域。

核磁共振在药物研发上的应用起源于生物学领域。20世纪八十年代瑞士科学家Wuthrich教授创造性地将核磁共振技术应用到蛋白质的结构解析上,从此核磁共振技术在生物学领域开始被重视,而利用核磁共振技术对生物大分析结构和动力学的研究更是直接推动了核磁共振在药物设计、药物代谢方面的应用进程。到20世纪末,科学家们成功将核磁共振技术运用于先导化合物的发现过程,又悄然开启了一场药物研发的技术革命。

新药的研发主要需要经过两个过程,一是对先导化合物的确定,二是对药物构效关系的研究和对活性化合物的筛选。在选定了药物作用的靶标后,药物学家首先需要找到一个能对该靶标产生作用的化合物,而后围绕先导化合物,设计合成大量新的化合物。药物学家通过对合成化合物结构的构效关系和活性数据分析,有效地对合成物进行优化,最终选定一种作为候选药物。在这整个过程中,人力物力的消耗是不可计量的,同时实验人员还面临着巨大的失败风险。而核磁共振技术在物质结构和小分子与蛋白质相互作用研究上的优越性,为药物学家带来了便利。

如在质溶解素非肽类抑制剂先导化合物的发现过程中,药物学家利用核磁共振技术成功找到了对基质溶解素活性很高的先导化合物。又如在FK506结合蛋白抑制剂先导化合物的发现过程中,药物学家在已经选定了两个先导配体后,利用核磁共振技术轻松得到了三元复合物在空间的相对位置和小分子配体的空间取向。这种基于核磁共振技术的分子设计、筛选方法,在很大程度上缩短了先导化合物成型的周期,提高了研发效率。

每一种新药上市对于患者而言都是福音,但药物研发是一个漫长而不易见成效的过程。然而核磁共振技术在药物研发领域的应用让我们相信,未来现代科技的不断进步和药物研发技术的不断提升将会使药物研究变得更加便利。

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