Кіріспе
Комбинациялық химия – бір процесте көптеген (ондағаннан мыңдарға, тіпті миллиондарға дейін) қосылыстарды дайындауға мүмкіндік беретін химиялық синтез әдістерін қамтиды. Бұл қосылыстар жиынтықтары қоспалар, жеке қосылыстар тобы немесе компьютерлік бағдарламалық құралдармен жасалған химиялық құрылымдар түрінде құрастырылуы мүмкін. Комбинациялық химияны кішкентай молекулалар мен пептидтерді синтездеу үшін пайдалануға болады. Кітапханалардың пайдалы құраушыларын анықтауға арналған стратегиялар да комбинациялық химияның бір бөлігі болып табылады. Комбинациялық химияда қолданылатын әдістер химия саласынан тыс жерлерде де қолданылады.
Тарих
Комбинаторлық химияны Фурка А. (Будапешттегі Эөтвос Лоранд университетінен) ойлап тапты, ол 1982 жылы нотариалды куәландырылған құжатта оның принципін, комбинаторлық синтез және деконволюция процедурасын сипаттады. Комбинаторлық әдістің қағидасы: көп компонентті қоспаны (комбинаторлық кітапхананы) бір қадамдық процедурада синтездеу және оны дәрілік кандидаттарды немесе басқа да пайдалы қосылыстарды бір процесте табу үшін скринингтеу. Комбинаторлық әдістің ең маңызды инновациясы – синтез және скринингте қоспаларды қолдану, бұл процестің жоғары өнімділігін қамтамасыз етеді. Осы өнертабысқа себеп болған факторлар 2002 жылы жарияланды.
Кіріспе
Молекулаларды комбинаторлық тәсілмен синтездеу көптеген молекулаларға жылдам алып келуі мүмкін. Мысалы, үш әртүрлілік нүктесі бар молекула (R1, R2 және R3) ықтимал құрылымдарды тудыра алады, мұнда , , және – қолданылатын әр түрлі алмастырғыштардың саны. Оның бастауын 1960 жылдары Рокфеллер университетінің зерттеушісі Брюс Меррифилд пептидтердің қатты фазадағы синтезін зерттей бастаған кезде көруге болады. Қазіргі түрінде комбинаторлық химия фармацевтикалық өнеркәсіпке ең үлкен әсер еткен. Бір қосылыстың белсенділік профилін оңтайландыруға тырысатын зерттеушілер көптеген, бірақ өзара байланысты қосылыстардан тұратын "кітапхана" жасайды. Робототехниканың жетістіктері комбинаторлық синтездің өнеркәсіптік тәсіліне әкелді, бұл компанияларға жылына 100 000-нан астам жаңа және бірегей қосылыстарды жүйелі түрде өндіруге мүмкіндік береді. Құрылымдық мүмкіндіктердің мол санын басқару үшін зерттеушілер көбінесе "виртуалды кітапхана" құрады, ол барлық қолжетімді реагенттермен берілген фармакофордың барлық мүмкін құрылымдарының есептеу арқылы тізімі. Мұндай кітапхана мыңдаған немесе миллиондаған "виртуалды" қосылыстардан тұруы мүмкін. Зерттеуші нақты синтез үшін "виртуалды кітапхананың" ішінен кіші топты түрлі есептеулер мен критерийлерге сүйене отырып таңдайды (ADME, есептеу химиясы және QSAR қараңыз).
Кіші молекулалар
Дәрі-дәрмектерді ашу процесінде қызығушылық тудыратын кіші молекулаларды синтездеу және биологиялық бағалау әдетте ұзақ және еңбекті процесс болып табылады. Комбинаторлық химия соңғы онжылдықтарда үлкен көлемдегі ықтимал кіші молекулалы дәрілік кандидаттарды жылдам және тиімді синтездеу тәсілі ретінде пайда болды. Типтік синтезде синтетикалық схеманың соңында тек бір мақсатты молекула ғана шығарылады, синтездегі әрбір қадам тек бір өнім береді. Комбинаторлық синтезде, егер тек бір бастапқы материал қолданылса, олардың биологиялық белсенділігі үшін скринингке жарамды бірдей реакциялық жағдайларды қолдана отырып, молекулалардың үлкен кітапханасын синтездеуге болады. Бұл өнімдер тобы үш өнімнен тұратын үш тең бөлікке бөлінеді, содан кейін әрбір үш жекелеген бөлік басқа бірлік В, С немесе D реагентімен реакцияластырылады, бұл алдыңғы үштен 9 бірегей қосылыс береді. Бұл процесс қажетті құрылыс блоктарының саны қосылғанша қайталанады, көптеген қосылыстарды жасайды. Бірнеше қадамдық синтез арқылы қосылыстар кітапханасын синтездегенде тиімді реакция әдістерін қолдану қажет, ал егер дәстүрлі тазарту әдістері әрбір реакциялық қадамнан кейін қолданылса, өнімділік пен тиімділік төмендейді. Қатты фазалық синтез синтетикалық химияда жиі қолданылатын сөндіру және тазарту қадамдарының қажеттілігін жоюға мүмкіндік беретін әлеуетті шешімдерді ұсынады. Жалпы, бастапқы молекула қатты тірекке (әдетте ерімейтін полимер) бекітіледі, содан кейін қосымша реакциялар жүргізіледі, ал соңғы өнім тазартылып, қатты тіректен бөлінеді. Қызығушылық тудыратын молекулалар қатты тірекке бекітілгендіктен, әрбір реакциядан кейін тазартуды бір сүзгілеу/жуу қадамына дейін азайтуға болады, бұл көптеген синтетикалық химиядағы сұйық-сұйық экстракция және еріткіштің булану қадамдарының қажеттілігін жояды. Сонымен қатар, гетерогенді реактивтерді қолдану артық реагенттерді баяу реакцияларды аяқтауға дейін жүргізу үшін пайдалануға болады, бұл өнімділікті одан әрі жақсарта алады. Артық реагенттерді хроматография сияқты қосымша тазарту қадамдарының қажеттілігінсіз жай ғана шайып тастауға болады. Соңғы жылдарда комбинаторлық химияда қатты фазалық органикалық синтезді қолдануды жетілдіру үшін әртүрлі әдістер әзірленді, соның ішінде синтездің және тазартудың оңайлығын арттыруға бағытталған жұмыстар, сондай-ақ аралық өнімдерді сипаттаудың дәстүрлі емес әдістері. Мұнда сипатталған мысалдардың көпшілігі әрбір реакциялық қадамда гетерогенді реакциялық ортаны қолданатынымен, Бут пен Ходжес дәстүрлі ерітінді фазалық синтездердің тазарту кезеңінде ғана қатты тіректегі реагенттерді пайдаланудың ерте мысалын келтіреді. Олардың пікірінше, ерітінді фазалық химия молекулаларды шайырларға бекіту және алып тастау үшін қажетті жалғау және бөліну реакцияларынан аулақ болудың, сондай-ақ қалыптасқан ерітінді фазалық реакциялардың қатты фазалық аналогтарын қайта құру қажеттілігін жоюдың артықшылықтарын ұсынады. Синтездің соңындағы бір тазарту қадамы, егер бұзылған қоспаның химиялық құрылымы белгілі болса, бір немесе бірнеше қоспаларды жоюға мүмкіндік береді. Қатты тіректегі реагенттерді қолдану қосылыстардың синтезін айтарлықтай жеңілдетсе де, көптеген комбинаторлық синтездер бірнеше қадамдарды қажет етеді, олардың әрқайсысы әлі де тазалаудың қандай да бір түрін қажет етеді. Армстронг және авторлар. Комбинаторлық кітапханаларды жасау үшін бір ыдыстағы әдіс, көп компонентті конденсациялар (ККК) деп аталады. Бұл схемада үш немесе одан көп реагенттер бір қадамда реакцияласады, әрбір реагент түпкілікті өнімге қосылады, көптеген тазарту қадамдарын қамтитын көп қадамдық синтездің қажеттілігін жояды. ККК-да қай қосылыстардың биологиялық белсенді екенін анықтау үшін деконволюция қажет емес, өйткені массивтегі әрбір синтезде тек бір өнім болады, сондықтан қосылыстың сәйкестігі нақты белгілі болуы керек. Басқа массивтік синтезде Стилл бөлінген синтез арқылы олигопептидтердің үлкен кітапханасын жасады. Мыңдаған қосылыстарды жасаудың кемшілігі - пайда болған қосылыстардың құрылымын анықтау қиын. Олардың шешімі молекулалық таңбаларды қолдану болып табылады, онда әрбір буғаға бояудың шағын мөлшері (1 пмоль/буға) бекітіледі, ал белгілі бір буғаның сәйкестігін буғадағы қандай таңбалардың бар екенін талдау арқылы анықтауға болады. Таңбаларды тіркеу рецепторларды анықтауды оңайлатса да, әрбір қосылысты рецепторға байланысу қабілеті үшін жеке скринингтен өткізу мүмкін емес, сондықтан рецепторлардың әрқайсысына бояу тіркелді, осылайша тек субстратына байланысатын рецепторлар ғана түс өзгерісін тудырады. Массивте көптеген реакцияларды жүргізу қажет болғанда (мысалы, Армстронгтың ККК массивтерінде сипатталған 96 реакция), синтездің кейбір еңбектік аспектілерін тиімділікті арттыру үшін автоматтандыруға болады. Бұл жұмыс, "DIVERSOMER әдісі" 1990 жылдардың басында Parke Davis компаниясында 40 химиялық реакцияны параллель түрде жүргізу үшін пионерлік жасалды. Бұл күш-жігер комбинаторлық химия үшін алғашқы коммерциялық жабдықтарға (Chemglass компаниясы сатқан Diversomer синтезаторы) және химиялық зертханада сұйықтарды басқару роботтарының алғашқы қолданылуына әкелді. Бұл әдіс шайырды жүктеу және жуу циклдарын, сондай-ақ реакциялық циклды бақылауды және тазартуды автоматтандыратын құрылғыны қолданады, сонымен қатар олардың әдісі мен аппаратурасының мүмкіндігін гидантоин және бензодиазепин сияқты әртүрлі молекулалық кластарды синтездеу арқылы көрсетеді, 8 немесе 40 жеке реакцияны параллель түрде жүргізеді. Бұл және комбинаторлық химиядағы басқа да бірнеше пионерлік жұмыстар 1999 жылы саланың "классикалық" қағыздары ретінде ұсынылды. Көбінесе қымбат жабдықты қолдану мүмкін болмайды, сондықтан Швабахер және авторлар кітапхана мүшелерінің параллель синтезін және қосылыстардың толық кітапханаларын бағалаудың қарапайым әдісін сипаттайды. Олардың әдісінде жіп цилиндрге оралған, әрбір аймаққа әртүрлі реагент қосылған, тек бір түрлі затты қамтитын жіп, содан кейін қайта бөлініп, әртүрлі өлшемдегі цилиндрге оралған, содан кейін бұл процесс қайталанады. Бұл әдістің артықшылығы - әрбір өнімнің сәйкестігін жіп бойындағы орны бойынша анықтауға болады, ал сәйкес биологиялық белсенділік флуоресценция сигналдарының Фурье түрлендіруі арқылы анықталады. Мұнда сипатталған синтездердің көпшілігінде бастапқы реагентті қатты тірекке бекіту және одан бөлу қажет. Бұл мақсатты қосылыстың биологиялық белсенділігіне әсер етуі мүмкін гидроксил тобының пайда болуына әкелуі мүмкін. Эллман көп қадамдық синтетикалық схемада 192 жеке 1,4 бензодиазепин туындыларын алу үшін қатты фазалық тіректерін пайдаланады, олар жақсы белгілі терапевтік агенттер болып табылады. Гидроксил тобының болуының ықтималдығын жою үшін сіліл арил химиясын қолданатын жаңа әдіс молекулаларды тірекке байланыстыру үшін қолданылады, ол тіректен бөлінеді және жалғаушының іздерін қалдырмайды. Молекуланы қатты тірекке бекіткенде аралық өнімдерді шайырдан бөліп алмайынша оқшаулау мүмкін емес. Көптеген дәстүрлі сипаттамалық техникалар реакцияның барысын қадағалау және өнімнің құрылымын растау үшін ерітіндіде қолданылатындықтан, басқа техникаларды қолдану қажет. Гель фазалық 13C ЯМР спектроскопиясы, MALDI масса-спектрометриясы және ИК спектроскопиясы құрылымды растау және қатты фазалық реакциялардың барысын бақылау үшін қолданылды. Гордон және авторлар. Комбинаторлық кіші молекулалардың кітапханаларын жасау үшін иминдер мен пептидил фосфонаттарды пайдаланатын бірнеше жағдайларды сипаттайды.
small molecule drug candidates. In a typical synthesis, only a single target molecule is produced at the end of a synthetic scheme, with each step in a synthesis producing only a single product. In a combinatorial synthesis, when using only single starting material, it is possible to synthesize a large library of molecules using identical reaction conditions that can then be screened for their biological activity. This pool of products is then split into three equal portions containing each of the three products, and then each of the three individual pools is then reacted with another unit of reagent B, C, or D, producing 9 unique compounds from the previous 3. This process is then repeated until the desired number of building blocks is added, generating many compounds. When synthesizing a library of compounds by a multi step synthesis, efficient reaction methods must be employed, and if traditional purification methods are used after each reaction step, yields and efficiency will suffer. Solid phase synthesis offers potential solutions to obviate the need for typical quenching and purification steps often used in synthetic chemistry. In general, a starting molecule is adhered to a solid support (typically an insoluble polymer), then additional reactions are performed, and the final product is purified and then cleaved from the solid support. Since the molecules of interest are attached to a solid support, it is possible to reduce the purification after each reaction to a single filtration/wash step, eliminating the need for tedious liquid liquid extraction and solvent evaporation steps that most synthetic chemistry involves. Furthermore, by using heterogeneous reactants, excess reagents can be used to drive sluggish reactions to completion, which can further improve yields. Excess reagents can simply be washed away without the need for additional purification steps such as chromatography. Over the years, a variety of methods have been developed to refine the use of solid phase organic synthesis in combinatorial chemistry, including efforts to increase the ease of synthesis and purification, as well as non traditional methods to characterize intermediate products. Although
the majority of the examples described here will employ heterogeneous reaction media in every reaction step, Booth and Hodges provide an early example of using solid supported reagents only during the purification step of traditional solution phase syntheses. In their view,
solution phase chemistry offers the advantages of avoiding attachment and cleavage reactions necessary to anchor and remove molecules to resins as well as eliminating the need to recreate solid phase analogues of established solution phase reactions. The single purification step at the end of a synthesis allows one or more impurities to be removed, assuming the chemical structure of the offending impurity is known. While the use of solid supported reagents greatly simplifies the synthesis of compounds, many combinatorial syntheses require multiple steps, each of which still requires some form of purification. Armstrong, et al. describe a one pot method for generating combinatorial libraries, called multiple component condensations (MCCs). In this scheme, three or more reagents react such that each reagent is incorporated into the final product in a single step, eliminating the need for a multi step synthesis that involves many purification steps. In MCCs, there is no deconvolution required to determine which compounds are biologically active because each synthesis in an array has only a single product, thus the identity of the compound should be unequivocally known. In another array synthesis, Still generated a large library of oligopeptides by split synthesis. The drawback to making many thousands of compounds is that it is difficult to determine the structure of the formed compounds. Their solution is to use molecular tags, where a tiny amount (1 pmol/bead) of a dye is attached to the beads, and the identity of a certain bead can be determined by analyzing which tags are present on the bead. Despite how easy attaching tags makes identification of receptors, it would be quite impossible to individually screen each compound for its receptor binding ability, so a dye was attached to each receptor, such that only those receptors that bind to their substrate produce a color change. When many reactions need to be run in an array (such as the 96 reactions described in one of Armstrong's MCC arrays), some of the more tedious aspects of synthesis can be automated to improve efficiency. This work, the "DIVERSOMER method" was pioneered at Parke Davis in the early 1990s to run up to 40 chemical reactions in parallel. These efforts led to the first commercially available equipment for combinatorial chemistry (Diversomer synthesizer which was sold by Chemglass) and the first use of liquid handling robotics within a chemistry labortory. This method uses a device that automates the resin loading and wash cycles, as well as the reaction cycle monitoring and purification, and demonstrates the feasibility of their method and apparatus by using it to synthesize a variety of molecule classes, such as hydantoins and benzodiazepines, running 8 or 40 individual reactions in parallel. This and several other pioneering efforts in combinatorial chemistry were featured as "classical" papers in the field in 1999. Oftentimes, it is not possible to use expensive equipment, and Schwabacher, et al. describe a simple method of combining parallel synthesis of library members and evaluation of entire libraries of compounds. In their method, a thread that is partitioned into different regions is wrapped around a cylinder, where a different reagent is then coupled to each region which bears only a single species. The thread is then re divided and wrapped around a cylinder of a different size, and this process is then repeated. The beauty of this method is that the identity of each product can be known simply by its location along the thread, and the corresponding biological activity is identified by Fourier transformation of fluorescence signals. In most of the syntheses described here, it is necessary to attach and remove the starting reagent to/from a solid support. This can lead to the generation of a hydroxyl group, which can potentially affect the biological activity of a target compound. Ellman uses solid phase supports in a multi step synthesis scheme to obtain 192 individual 1,4 benzodiazepine derivatives, which are well known therapeutic agents. To eliminate the possibility of potential hydroxyl group interference, a novel method using silyl aryl chemistry is used to link the molecules to the solid support which cleaves from the support and leaves no trace of the linker. When anchoring a molecule to a solid support, intermediates cannot be isolated from one another without cleaving the molecule from the resin. Since many of the traditional characterization techniques used to track reaction progress and confirm product structure are solution based,
different techniques must be used. Gel phase 13 C NMR spectroscopy, MALDI mass spectrometry, and IR spectroscopy have been used to confirm structure and monitor the progress of solid phase reactions. Gordon et al., describe several case studies that utilize imines and peptidyl phosphonates to generate combinatorial libraries of small molecules.
Қаты тіректерден бөлінген кітапханаларды бөлшектеу
Егер комбинаторлық кітапхананың синтезделген молекулалары қатты тіректен бөлінсе, ерітін қоспа пайда болады. Мұндай ерітіндіде миллиондаған түрлі қосылыстар табылуы мүмкін. Бұл синтетикалық әдіс әзірленген кезде молекулаларды анықтау және пайдалы қасиеттері бар молекулаларды табу мүмкін емес сияқты көрінді. Дегенмен, бұл мәселені шешу үшін пайдалы компоненттерді анықтау стратегиялары әзірленді. Барлық стратегиялар жартылай кітапханаларды синтездеу және сынауға негізделген. Ең алғашқы итеративтік стратегия 1982 жылы Фурканың аталған құжатында сипатталған.
Рекурсивті деконвольсия
Әдіс суретте түсінікті етіп көрсетілген. Үш аминқышқылынан 27 мүшелі пептидтер кітапханасы синтезделеді. Бірінші (А) және екінші (Б) циклдардан кейін, араластырудан бұрын, сынамалар бөліп алынады. Үшінші циклдың (С) өнімдері араластырылмай, алдымен бөлінеді, содан кейін белсенділігі тексеріледі. + таңбасымен белгіленген топ белсенді деп есептелінеді. Барлық мүшелердің соңғы байланыс позициясында (CP) қызыл аминқышқылы болады. Сәйкесінше, белсенді мүшеде де соңғы CP-де қызыл аминқышқылы болады. Содан кейін қызыл аминқышқылы екінші циклдан (Б) бөліп алынған үш сынамаға қосылып, D сынамалары алынады. Бөліп алғаннан кейін үш Е сынамасы пайда болады. Егер сынақтан кейін + белгісі қойылған сынама белсенді болса, онда көк аминқышқылы белсенді компонентте екінші CP орынды иеленетінін көрсетеді. Содан кейін үш А сынамасына алдымен көк, содан кейін қызыл аминқышқылы қосылады (F), содан кейін қайтадан сыналады (G). Егер + компоненті белсенді болып шықса, белсенді компоненттің тізбегі анықталып, H арқылы көрсетіледі.
Орындық сканерлеу
Позициялық сканерлеуді Фурка және авторлар тобы, сондай-ақ Pinilla және авторлар тобы тәуелсіз түрде енгізді. Әдіс субкітапханалар сериясын синтездеу және тестілеуге негізделген, онда белгілі бір тізбек позициясы бірдей аминқышқылымен толтырылады. Суретте үш аминқышқылынан құралған толық пептидтік тримерлік кітапхананың (А) тоғыз субкітапханасы (B1-D3) көрсетілген. Субкітапханаларда барлық құралымдарда бірдей аминқышқылы орналасқан позиция бар. Субкітапхана синтезінде тірек бөлінбейді және тек бір ғана аминқышқылы бүкіл үлгіге қосылады. Нәтижесінде, бір позициядағы барлық құралымдарда бірдей аминқышқылы болады. Мысалы, B2 субкітапханасындағы 2-позициядағы "сары" аминқышқылы барлық тоғыз құралымда да кездеседі. Егер скринингте бұл субкітапхана оң нәтиже көрсетсе, бұл белсенді пептидтің 2-позициясында да "сары" аминқышқылы бар екенін білдіреді. Аминқышқылдарының тізбегін анықтау үшін тоғыз (немесе кейде одан да аз) субкітапхананың барлығын тестілеу қажет.
Орындау кітапханалары
Омиссиялық кітапханаларда қоспаның барлық пептидтерінен белгілі бір аминқышқылы қалдырылған. Суретте толық кітапхана және үш омиссиялық кітапхана көрсетілген. Жоғарыда қалдырылған аминқышқылдары көрсетілген. Егер омиссиялық кітапхана теріс нәтиже көрсетсе, белсенді компонентте қалдырылған аминқышқылы бар.
Тіркелген комбинаторлық кітапханаларды деконвольдеу
Егер пептидтер қатты тірекке бөлінбесе, онда әрқайсысында бір пептид бар түйіршіктердің қоспасымен жұмыс істейміз. Смит және оның әріптестері бұрын пептидтерді байланған күйде де сынауға болатынын көрсеткен. Бұл тәсіл пептидтік кітапханаларды тексеруде де қолданылды. Байланған пептидтік кітапхана ерітілген мақсатты белокпен сыналды. Белок тіркелген түйіршіктер таңдалып алынып, белок түйіршіктен алынып, содан кейін байланған пептид тізбектеу арқылы анықталды. Тейлор және Моркен сәл өзгеше тәсіл қолданды. Олар пептид емес кітапханалардағы катализаторларды анықтау үшін инфрақызыл термографияны пайдаланды. Әдіс, байланған кітапхана субстрат ерітіндісіне батырылғанда, катализатор бар түйіршіктерде пайда болатын жылуға негізделген. Түйіршіктерді инфрақызыл микроскоп арқылы қарағанда, катализатор бар түйіршіктер жарқын дақтар ретінде көрінеді және оларды таңдап алуға болады.
Кодталған комбинаторлық кітапханалар
Егер біз пептид емес органикалық кітапханалармен жұмыс жасайтын болсақ, пептидтердегідей, бураның құрамын анықтау оңай емес. Бұл қиындықты еңсеру үшін кітапхана синтезімен қатар, бураларда түзілген қосылыстың құрылымын кодтайтын молекулаларды бекіту әдістері әзірленді. Олмейер және әріптестері бинарлық кодтау әдісін жариялады. Олар 18 таңбалау молекуласының қоспасын қолданды, оларды буралардан бөлгеннен кейін электронды тұтқындау газ хроматографиясымен анықтауға болады. Саркар және басқалар массивті кодталған OBOC кітапханаларын құру үшін пайдаланылатын пентеноикалық амидтердің (COPA) хиралды олигомерлерін сипаттады. Керр және басқалар инновациялық кодтау әдісін енгізді. Байланыстың бір шетінен кітапхананың табиғи емес құрылыс блоктары бекітілді, ал екінші шетінен кодтау аминокислоталар үштігі қосылды. Құрылыс блоктары табиғи емес аминқышқылдары болды және олардың кодтаушы аминқышқылдарының үштік сериясы Эдман ыдырауымен анықталуы мүмкін. Бұл кодтаманың маңызды аспектісі – кітапхана мүшелерін олардың қосылған кодтама белгілерімен бірге ерітілетін кітапхананы құрайтын буралардан ажырату мүмкіндігі. Николяев және басқалар да осы әдісті пептидтермен кодтау үшін қолданды. 1992 жылы Бреннер мен Лернер ең сәтті кодтау әдісі болып табылатын қатты тіректің бураларын кодтау үшін ДНК тізбектерін енгізді. Нильсен, Бреннер және Янда ДНК кодтауды жүзеге асыру үшін Керр әдісін де қолданды. Соңғы уақытта ДНК тізбектеуде маңызды жетістіктер болды. Келесі буын техникасы үлкен сандағы үлгілерді параллельде тізбектеуді қамтамасыз етеді, бұл ДНК-мен кодталған кітапханаларды тексеруде өте маңызды. ДНК кодтаудың табыстылығына ықпал еткен тағы бір жаңалық – 2000 жылы Халпин мен Харбери ДНК-мен кодталған комбинаторлық кітапханалардың бөлінген қоспа синтезіндегі қатты тіректі алып тастап, оны кодталған ДНК олигомерлерімен алмастырды. Қатты фазалық бөліну және бассейн синтезінде кітапханалардың компоненттерінің саны тіректің бураларының санын аспауы мүмкін. Авторлардың жаңа әдісімен бұл шектеу жойылып, жаңа қосылыстарды іс жүзінде шексіз мөлшерде дайындауға мүмкіндік берді. Мысалы, даниялық Nuevolution компаниясы 40 триллионнан тұратын ДНК-мен кодталған кітапхананы синтездеді! ДНК-мен кодталған кітапханалар ерігіш, бұл скринингте тиімді аффинитеттік байланысты қолдануға мүмкіндік береді. Кейбір авторлар ДНҚ кодталған комбинаторлық кітапханалар үшін DEL аббревиатурасын қолданады, ал басқалары DECL қолданады. Соңғысы жақсырақ көрінеді, өйткені бұл атаумен осы кітапханалардың комбинаторлық табиғаты айқын көрінеді. ДНК-нің бірнеше түрін кодтаған комбинаторлық кітапханалар қазіргі мыңжылдықтың алғашқы онжылдығында таныстырылды және сипатталды. Бұл кітапханалар дәрі-дәрмек зерттеулерінде өте сәтті қолданылуда. 2001 жылы Гартнер және басқалар сипаттаған комбинаторлық кітапханалардың ДНК-ны үлгілеу синтезі. Дуальді фармакофорлы ДНК кодталған комбинаторлық кітапханаларды 2004 жылы Млеко және басқалар ойлап тапты. 2004 жылы Харбери, Халпин және Харбери жариялаған тізбектелген маршруттар. Бірлік фармакофорлы ДНК кодталған комбинаторлық кітапханаларды 2008 жылы Маноччи және басқалар енгізді. Хансен және басқалар жариялаған йоктолитрлік реакторды пайдалану арқылы құрылған ДНК кодталған комбинаторлық кітапханалар. 2009 жылы олардың синтезі мен қолданылуы туралы мәліметтер ДНК кодталған химиялық кітапхана бетінде кездеседі. ДНК-ның кодталған ерігіш комбинаторлық кітапханаларының да кемшіліктері бар. Біріншіден, қатты тіректің пайдасы мүлдем жоғалады. Сонымен қатар, ДНК кодтау тізбектерінің полииондық сипаты синтезде сулы емес еріткіштердің пайдалылығын шектейді. Осы себепті көптеген зертханалар DECL синтезінде пайдалану үшін ДНҚ үйлесімді реакцияларды әзірлеуді таңдайды. Қол жетімділердің біразы сипатталған.
In the latest period of time there were important advancements in DNA sequencing. The next generation techniques make it possible to sequence large number of samples in parallel that is very important in screening of DNA encoded libraries. There was another innovation that contributed to the success of DNA encoding. In 2000 Halpin and Harbury omitted the solid support in the split mix synthesis of the DNA encoded combinatorial libraries and replaced it by the encoding DNA oligomers. In solid phase split and pool synthesis the number of components of libraries can't exceed the number of the beads of the support. By the novel approach of the authors, this restraint was eliminated and made it possible to prepare new compounds in practically unlimited number. The Danish company Nuevolution for example synthesized a DNA encoded library containing 40 trillion! components
The DNA encoded libraries are soluble that makes possible to apply the efficient affinity binding in screening. Some authors apply the DEL for acromim of DNA encoded combinatorial libraries others are using DECL. The latter seems better since in this name the combinatorial nature of these libraries is clearly expressed. Several types of DNA encoded combinatorial libraries had been introduced and described in the first decade of the present millennium. These libraries are very successfully applied in drug research. DNA templated synthesis of combinatorial libraries described in 2001 by Gartner et al. Dual pharmacophore DNA encoded combinatorial libraries invented in 2004 by Mlecco et al. Sequence encoded routing published by Harbury Halpin and Harbury in 2004. Single pharmacophore DNA encoded combinatorial libraries introduced in 2008 by Manocci et al. DNA encoded combinatorial libraries formed by using yoctoliter scale reactor published by Hansen et al. in 2009
Details are found about their synthesis and application in the page DNA encoded chemical library. The DNA encoded soluble combinatorial libraries have drawbacks, too. First of all the advantage coming from the use of solid support is completely lost. In addition, the polyionic character of DNA encoding chains limits the utility of non aqueous solvents in the synthesis. For this reason many laboratories choose to develop DNA compatible reactions for use in the synthesis of DECLs. Quite a few of available ones are already described
Материалдар ғылымы
Материалдар ғылымы жаңа материалдарды табу үшін комбинаторлық химияның әдістерін қолданды. Бұл жұмысты П. Г. Шульц және авторлар тобы тоқсан жылдың ортасында кремнийлік субстратқа элементтерді бірлесіп жағу арқылы алынған люминесцентті материалдар контекстінде бастады. Осыған дейін 1970 жылы Ж. Ж. Ханак зерттеулер жүргізген, бірақ сол кезде әдістің кеңінен тарауына қажетті компьютерлік және роботтық құралдар жеткіліксіз болды. Зерттеулер бірнеше академиялық топтармен қатар, ірі ғылыми-зерттеу және даму бағдарламаларына ие компаниялар (Symyx Technologies, GE, Dow Chemical және т.б.) тарапынан да жалғастырылды. Бұл техника катализ, жабындар, электроника және көптеген басқа да салаларда кеңінен қолданылады. Өндірілген үлкен көлемдегі деректерді басқару, ұйымдастыру және сақтау үшін тиісті информатикалық құралдарды қолдану маңызды. Комбинаторлық әдістерді пайдалану арқылы зерттелетін кең тәжірибелік кеңістіктерді тиімді шешу үшін эксперименттерді жобалаудың жаңа түрлері әзірленді.
Түрлілікке бағытталған кітапханалар
Комбинациялық химия екі он жылдан астам уақыттан бері жаңа дәрі-дәрмектерді іздеудің маңызды бөлігі болғанымен, қазірге дейін АҚШ-тың Дәрі-дәрмектерді бақылау басқармасы (FDA) клиникалық қолдануға тек бір ғана комбинациялық химия арқылы синтезделген затты (сорафениб, ілгекті буынды қатерлі ісігіне көрсетілген мультикиназа тежегіші) мақұлдады. Бұл тәсілдің сәттілік деңгейінің төмен болуына себеп, комбинациялық химия өнімдерінің қамтыған химиялық кеңістігінің өте шектеулі болуымен байланысты екені айтылды. Комбинациялық химия кітапханаларындағы қосылыстардың қасиеттерін мақұлданған дәрі-дәрмектер мен табиғи өнімдермен салыстырғанда, скринингтік кітапханалардың химиялық әртүрлілігін арттыру арқылы комбинациялық химияның тиімділігін жақсартуға болатыны ұсынылды. Мақұлданған дәрі-дәрмектер мен табиғи өнімдерді комбинациялық химия кітапханаларындағы қосылыстардан ерекшелендіретін екі маңызды ерекшелік – хиральдық және қатаңдық. Сондықтан, әртүрлілікке бағытталған кітапханаларда, яғни химиялық кеңістікті қамтуға, жай ғана көптеген қосылыстарды жасауға қарағанда, осы екі мәселеге баса назар аударылады.
Патент жіктемесінің кіші класы
Халықаралық патенттік жіктелімнің (ХПЖ) 8-ші нұсқасы, 2006 жылдың 1 қаңтарынан бастап күшіне енді, комбинаторлық химия саласындағы өнертабыстарға қатысты патенттік өтініштер мен патенттер үшін арнайы кіші жіктелім ("C40B") құрылды.