Avances en la aplicación de la tecnología de resonancia magnética nuclear a la detección de fármacos
La espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) es un método analítico basado en la absorción de energía de campo de radiofrecuencia correspondiente a la diferencia energética entre los niveles de energía de división de un núcleo atómico específico en un campo magnético externo, lo que da lugar a fenómenos de resonancia. En 1946, los físicos estadounidenses Purcell y Bloch dilucidaron el fenómeno de la resonancia magnética y obtuvieron conjuntamente el Premio Nobel de Física. En las primeras investigaciones, la determinación de la estructura de los fármacos se conseguía principalmente mediante diversas reacciones químicas, como la preparación de derivados, la degradación química, las reacciones cromáticas, etc., obteniendo principalmente grupos funcionales pero sin poder determinar la estructura completa. La identificación estructural de una molécula compleja requería incluso décadas de esfuerzo. En los últimos años, para las moléculas difíciles de cristalizar, se han desarrollado técnicas como el método de la esponja cristalina y la criomicroscopía electrónica para la determinación de la estructura molecular. Sin embargo, para las moléculas amorfas y amorfas de baja energía de red, estos métodos siguen siendo inadecuados y difíciles de manejar. Con el desarrollo y la aplicación generalizada de la tecnología espectroscópica, se han logrado avances significativos en el estudio de los fármacos, y la resonancia magnética nuclear se ha convertido en el método de análisis más práctico y completo. Su análisis conformacional preciso es incomparable con la difracción de un solo cristal y la microscopía electrónica. En comparación con otros métodos analíticos, la resonancia magnética nuclear presenta las siguientes ventajas: ① proporciona información estructural rica y precisa, y obtiene núcleos atómicos a partir de frecuencias de Larmor; el desplazamiento químico introduce grupos funcionales; el acoplamiento espín espín produce correlaciones atómicas; el acoplamiento dipolo obtiene relaciones posicionales espaciales; El fenómeno de relajación se utiliza para la investigación dinámica Simplicidad, los fármacos no requieren procesos complejos de pretratamiento, pueden evitar errores en el procesamiento y tienen un tiempo de análisis corto No destructivo, en el caso de un tamaño de muestra muy limitado, después del análisis magnético nuclear, no hay daños ni residuos, las propiedades no cambian y se puede reutilizar. En particular, el desarrollo de la resonancia magnética nuclear bidimensional la ha convertido en una herramienta extremadamente importante para la investigación de estructuras químicas, al tiempo que ha abierto nuevas ventanas a la investigación farmacéutica y biomédica, revelando en detalle la relación entre estructura y función. En situaciones en las que las señales espectrales unidimensionales se solapan gravemente, no pueden atribuirse con precisión y son difíciles de resolver, se necesita la tecnología de espectroscopia de resonancia magnética nuclear bidimensional para resolver el problema. Determinar los protones en varias posiciones de la molécula mediante espectroscopia COSY o TOCSY; Encontrar la señal de carbono correspondiente en el espectro HSQC mediante protones; Confirmar la atribución de la señal mediante el espectro HMBC, y analizar la posición de conexión y la secuencia entre el carbono y el protón. La espectroscopia de resonancia magnética nuclear está respondiendo a las necesidades del desarrollo moderno de fármacos, proporcionando información sobre interacciones entre fármacos, dianas moleculares específicas y lugares de acción farmacológica. Con el continuo desarrollo del hardware de los instrumentos de resonancia magnética nuclear y de los métodos de pulso, junto con su multifuncionalidad, se ha convertido en una herramienta importante para la investigación estructural, especialmente la investigación de fármacos. La resonancia magnética nuclear puede proporcionar un método experimental multifuncional, aportando información importante para el descubrimiento de fármacos, desde la caracterización de productos sintéticos, el desarrollo de productos naturales hasta el estudio de estructuras moleculares en sistemas biológicos. Este artículo revisa principalmente la aplicación de la tecnología de RMN en la detección de fármacos y sus avances en la investigación relacionada.

 

En los últimos treinta años, el desarrollo de la tecnología de resonancia magnética nuclear ha acelerado considerablemente la velocidad de la investigación farmacológica, proporcionando una información estructural sin parangón y convirtiéndose en el "patrón oro" del análisis estructural. Aunque la HPLC-MS puede detectar un analito determinado a nivel femolar en condiciones favorables, incluso los equipos de resonancia magnética nuclear más modernos requieren el uso de muestras nanomolares para su análisis en un plazo de tiempo razonable. De hecho, todos los espectrómetros modernos de resonancia magnética nuclear de alta resolución son instrumentos de transformada de Fourier de impulsos que pueden excitar simultáneamente todos los tipos de núcleos atómicos y recoger datos brutos en forma de decaimiento por inducción libre. Esto permite añadir múltiples transitorios de decaimiento por inducción libre para mejorar la relación señal-ruido del espectro alto. Por lo tanto, la baja sensibilidad siempre ha sido (y seguirá siendo) la debilidad fatal de las aplicaciones de análisis biológico por resonancia magnética nuclear, y la mejora de la sensibilidad de la resonancia magnética nuclear ha sido el objetivo de la mayoría de los desarrollos tecnológicos de los últimos cuarenta años. En la actualidad, el primer campo magnético más alto del mundo, de 1,2 GHz, se ha instalado en el Instituto Federal Suizo de Tecnología, y se espera que en el futuro aparezcan gradualmente más espectrómetros de RMN de más de 1 GHz. Al aumentar la intensidad del campo magnético del imán, se lograrán avances significativos en la investigación estructural de macromoléculas de fármacos. Con la aplicación de la espectroscopia de resonancia magnética nuclear en el análisis estructural de biomoléculas, la cantidad y complejidad de la información estructural proporcionada por la tecnología de resonancia magnética nuclear están aumentando exponencialmente, y se desarrollará la tecnología de resonancia magnética nuclear tridimensional. La resonancia magnética nuclear bidimensional se ha vuelto impotente para tratar la conformación del espacio tridimensional y las interacciones entre moléculas grandes y pequeñas. Por lo tanto, es necesario desarrollar técnicas de modelado molecular para utilizar la información de distancia entre protones en moléculas proporcionada por NOE para calcular la estructura espacial tridimensional. Al mismo tiempo, también mejorará la sensibilidad intrínseca de las señales de resonancia magnética nuclear y la resolución de las señales amplias y superpuestas inherentes a las biomoléculas de más de 35kDa. Esperamos que la resonancia magnética nuclear pueda seguir contribuyendo a la investigación en el campo de la medicina. Especialmente con el desarrollo de la resonancia magnética nuclear en estado sólido, puede proporcionar una perspectiva única y completa. Sus propiedades cuantitativas inherentes, su alta sensibilidad para distinguir sustancias químicas individuales, su resolución atómica para dilucidar estructuras locales e interacciones complejas, su capacidad para detectar rellenos moleculares en materiales amorfos y su capacidad para estudiar el movimiento molecular en diferentes escalas temporales hacen de la resonancia magnética nuclear una herramienta analítica más potente. En el futuro, la resonancia magnética nuclear podrá combinarse con otras técnicas analíticas como la espectrometría de masas y la cristalografía de rayos X para facilitar un control más rápido, un mejor rango dinámico y una mayor flexibilidad y escalabilidad, proporcionando los métodos de análisis estructural más avanzados.