A nukleáris mágneses rezonancia technológiájának alkalmazása a kábítószer-kimutatásban elért haladás
A nukleáris mágneses rezonancia (NMR) spektroszkópia olyan analitikai módszer, amely egy adott atommag felhasadási energiaszintjei közötti energiakülönbségnek megfelelő rádiófrekvenciás mező energiájának külső mágneses térben történő elnyelésén alapul, ami rezonanciajelenségeket eredményez. Purcell és Bloch amerikai fizikusok 1946-ban tisztázták a mágneses rezonancia jelenségét, és közösen kapták meg a fizikai Nobel-díjat. A korai kutatásokban a gyógyszerek szerkezetének meghatározását főként különböző kémiai reakciókkal, például származékok előállításával, kémiai bomlással, színreakciókkal stb. érték el, főként funkciós csoportokat kaptak, de a teljes szerkezetet nem tudták meghatározni. Egy összetett molekula szerkezeti azonosítása akár évtizedes erőfeszítéseket is igénybe vett. Az utóbbi években a nehezen kristályosítható molekulák esetében olyan technikákat fejlesztettek ki a molekulaszerkezet meghatározására, mint a kristályszivacs módszer és a krioelektronmikroszkópia. Az amorf és alacsony rácsenergiájú amorf molekulák esetében azonban ezek a módszerek még mindig nem megfelelőek és nehezen kezelhetőek. A spektroszkópiai technológia fejlődésével és széles körű alkalmazásával jelentős előrelépés történt a gyógyszerek vizsgálatában, és a nukleáris mágneses rezonancia a legpraktikusabb és legátfogóbb elemzési módszerré vált. Pontos konformációs elemzése összehasonlíthatatlan az egykristály-diffrakcióval és az elektronmikroszkópiával. Más analitikai módszerekkel összehasonlítva a nukleáris mágneses rezonancia a következő előnyökkel rendelkezik: ① gazdag és pontos szerkezeti információt nyújt, és a Larmor-frekvenciákból atommagokat nyer; a kémiai elmozdulás funkcionális csoportokat vezet be; a spin-spin-párosítás atomi korrelációkat eredményez; a dipóluspárosítás térbeli pozíciós kapcsolatokat nyer; Relaxációs jelenséget használnak dinamikus kutatásra Egyszerűség, a gyógyszerek nem igényelnek bonyolult előkezelési folyamatokat, elkerülhetők a feldolgozási hibák, és rövid elemzési idővel rendelkeznek Nem roncsoló, nagyon korlátozott mintaméret esetén a nukleáris mágneses elemzés után nincs sérülés vagy hulladék, a tulajdonságok nem változnak, és újra felhasználható. Különösen a kétdimenziós nukleáris mágneses rezonancia fejlődése tette rendkívül fontos eszközzé a kémiai szerkezetkutatásban, miközben új ablakokat nyit a gyógyszerészeti és orvosbiológiai kutatás előtt is, részletesen feltárva a szerkezet és a funkció közötti kapcsolatot. Azokban az esetekben, amikor az egydimenziós spektrális jelek erősen átfedik egymást, nem lehet őket pontosan hozzárendelni, és nehezen feloldhatók, a probléma megoldásához kétdimenziós mágneses magrezonancia spektroszkópiai technológiára van szükség. Határozza meg a molekula különböző pozícióiban lévő protonokat COSY vagy TOCSY spektroszkópia segítségével; találja meg a megfelelő szénjelet a HSQC spektrumon a protonokon keresztül; erősítse meg a jelek hozzárendelését HMBC spektrummal, és elemezze a szén és a proton közötti kapcsolódási pozíciót és sorrendet. A nukleáris mágneses rezonancia spektroszkópia megfelel a modern gyógyszerfejlesztés igényeinek, információt szolgáltat a gyógyszer kölcsönhatásokról, a specifikus molekuláris célpontokról és a farmakológiai hatáshelyekről. A nukleáris mágneses rezonancia műszerhardver és impulzusmódszerek folyamatos fejlesztésével, valamint multifunkcionalitásával együtt a szerkezetkutatás, különösen a gyógyszerkutatás fontos eszközévé vált. A nukleáris mágneses rezonancia többfunkciós kísérleti módszer lehet, amely fontos információkat szolgáltat a gyógyszerkutatáshoz, a szintetikus termékek jellemzésétől kezdve a természetes termékek fejlesztésén át a biológiai rendszerek molekulaszerkezetének vizsgálatáig. Ez a cikk főként az NMR-technológia gyógyszerfelismerésben való alkalmazását és a kapcsolódó kutatási eredményeket tekinti át.

 

Az elmúlt harminc évben a nukleáris mágneses rezonancia technológia fejlődése jelentősen felgyorsította a gyógyszerkutatás sebességét, páratlan szerkezeti információkat szolgáltatva, és a szerkezeti elemzés "arany standardjává" vált. Bár a HPLC-MS kedvező körülmények között képes egy adott analitot femoláris szinten kimutatni, az elemzéshez még a legmodernebb mágneses magrezonanciás berendezések is nanomoláris mintákat igényelnek ésszerű időn belül. Valójában minden modern, nagy felbontású mágneses magrezonancia-spektrométer olyan impulzus Fourier-transzformációs műszer, amely képes az atommagok minden típusának egyidejű gerjesztésére és a nyers adatok gyűjtésére szabad indukciós bomlás formájában. Ez lehetővé teszi több szabad indukciós bomlási tranziens hozzáadását a nagy spektrum jel-zaj arányának javítása érdekében. Ezért az alacsony érzékenység mindig is a biológiai nukleáris mágneses rezonancia analízis alkalmazásainak végzetes gyengesége volt (és marad), és az elmúlt negyven évben a legtöbb technológiai fejlesztés középpontjában a nukleáris mágneses rezonancia érzékenységének javítása állt. Jelenleg a svájci Szövetségi Technológiai Intézetben telepítették a világ első 1,2 GHz-es legnagyobb mágneses mezőt, és várhatóan a jövőben fokozatosan több, 1 GHz-nél nagyobb NMR-spektrométer jelenik meg. A mágnes mágneses térerősségének növelésével jelentős áttörést lehet majd elérni a gyógyszer-makromolekulák szerkezeti kutatásában. A nukleáris mágneses rezonancia spektroszkópia alkalmazásával a biomolekulák szerkezeti elemzésében a nukleáris mágneses rezonancia technológia által szolgáltatott szerkezeti információk mennyisége és komplexitása exponenciálisan növekszik, és a háromdimenziós nukleáris mágneses rezonancia technológia fejlődni fog. A kétdimenziós nukleáris mágneses rezonancia tehetetlenné vált a háromdimenziós tér konformációjának, valamint a nagy és kis molekulák közötti kölcsönhatásoknak a kezelésében. Ezért olyan molekulamodellezési technikákat kell kifejleszteni, amelyek a NOE által a molekulák protonjai közötti távolságinformációt felhasználják a háromdimenziós térszerkezet kiszámításához. Ezzel egyidejűleg javulni fog a nukleáris mágneses rezonancia jelek belső érzékenysége és a 35 kDa feletti biomolekulákban rejlő széles és átfedő jelek felbontása is. Reméljük, hogy a nukleáris mágneses rezonancia továbbra is hozzájárulhat az orvostudományi kutatásokhoz. Különösen a szilárdtest-mágneses magmágneses rezonancia fejlődésével egyedülálló és átfogó perspektívát nyújthat. A benne rejlő kvantitatív tulajdonságok, az egyes vegyi anyagok megkülönböztetésére szolgáló nagy érzékenység, a helyi struktúrák és összetett kölcsönhatások feltárására szolgáló atomi felbontás, az amorf anyagokban lévő molekuláris töltőanyagok kimutatásának képessége, valamint a molekulák mozgásának különböző időskálákon történő tanulmányozásának képessége a nukleáris mágneses rezonanciát erőteljesebb analitikai eszközzé teszi. A jövőben a nukleáris mágneses rezonancia más analitikai technikákkal, például tömegspektrometriával és röntgenkrisztallográfiával kombinálható, hogy elősegítse a gyorsabb ellenőrzést, a jobb dinamikai tartományt, valamint a nagyobb rugalmasságot és skálázhatóságot, és így a legfejlettebb szerkezetelemzési módszereket biztosítsa.