Chemia kombinatoryczna

i nowe leki

Nowatorska technika jednoczesnego wytwarzania wielu pokrewnych substancji

rewolucjonizuje sposób odkrywania leków

Matthew J. Plunkett i Jonathan A. Ellman

A

by pokonaç chorob´, uk∏ad od-
pornoÊciowy produkuje prze-
ciwcia∏a – bia∏ka, które wià˝à si´

z atakujàcymi patogenami. Dzi´ki prze-
tasowaniu doÊç ograniczonej liczby pod-
stawowych sk∏adników mogà powstaç
biliony ró˝nych przeciwcia∏. Uk∏ad od-
pornoÊciowy nie wytwarza jednak tych
wyspecjalizowanych czàsteczek w mo-
mencie zagro˝enia. Organizm wybra∏ tu
odmiennà taktyk´: sprawdza skutecznoÊç
ju˝ istniejàcych przeciwcia∏ wobec nowe-
go patogenu, nast´pnie zaÊ przyst´puje
do masowej produkcji tych, które spisu-
jà si´ najlepiej. Wraz z innymi badacza-
mi od kilku lat naÊladujemy przyrod´,
poszukujàc nowych leków. W procesie
tzw. chemii kombinatorycznej syntety-
zujemy du˝à liczb´ pokrewnych substan-
cji i wy∏awiamy te, które majà wartoÊç
farmaceutycznà.

Tradycyjna strategia odkrywania le-

ków polega natomiast na poszukiwaniu
choçby Êladów ˝àdanej aktywnoÊci nie-
mal we wszystkim, co badacz napotka.
Testowane sà zatem przeró˝ne zwiàzki
syntetyczne, a tak˝e naturalne – izolo-
wane z bakterii, roÊlin i innych êróde∏.
Po zidentyfikowaniu dobrze rokujàcej
substancji (nazwijmy jà wyjÊciowà) che-
micy pracowicie krok po kroku mody-
fikujà poczàtkowà struktur´
i badajà chemiczne i biolo-
giczne w∏aÊciwoÊci nowego
zwiàzku.

Metoda ta prowadzi cz´sto

do leków o zadowalajàcej sku-
tecznoÊci i bezpieczeƒstwie sto-
sowania. Jednak ka˝dy niemal
specyfik wymaga gigantycz-
nego wysi∏ku badaczy, którzy
wczeÊniej musieli przetestowaç
i odrzuciç tysiàce innych
zwiàzków. Jest to zatem stra-
tegia zabierajàca czas i kosz-
towna. PrzejÊcie od substancji
wyjÊciowej do fiolki z lekar-
stwem na aptecznej pó∏ce mo-
˝e poch∏onàç ca∏e lata i setki
milionów dolarów.

Klasyczne procedury ulep-

szono dzi´ki testom przesie-
wowym, szybszym i dok∏ad-
niejszym ni˝ w przesz∏oÊci,
a tak˝e dzi´ki rozwojowi wie-
dzy o wp∏ywie modyfikacji
strukturalnych na biologicznà
aktywnoÊç czàsteczki. Wraz
z rozwojem medycyny wzra-
sta jednak zapotrzebowanie
na nowe farmaceutyki. Aby
je wynaleêç, naukowcy mu-
szà mieç znacznie wi´cej
zwiàzków do testowania, jak
równie˝ wi´cej mo˝liwoÊci
wyszukania substancji wyj-

Êciowych, które b´dà wymagaç jak naj-
mniej modyfikacji.

Chemia kombinatoryczna odpowia-

da na te potrzeby, pozwalajàc na szyb-
kà syntez´ nawet milionów struktural-
nie pokrewnych czàsteczek. Co wi´cej,
nie sà to jakieÊ dowolne substancje,
lecz te, po których chemik, znajàc cechy
elementów wyjÊciowych, oczekuje
okreÊlonych w∏aÊciwoÊci. Badanie ak-
tywnoÊci otrzymywanych produktów
wskazuje, które z kombinacji sà najtraf-
niejsze. Potencjalne leki szybciej ni˝ kie-
dykolwiek przedtem trafiajà do prób
klinicznych, a koszt ich uzyskania rów-
nie˝ maleje.

Znaleêç w∏aÊciwà kombinacj´

Sposób tworzenia kombinatorycznych

kolekcji (bibliotek) zwiàzków poddawa-
nych póêniej testom jest doÊç prosty. Wy-
korzystujemy standardowe reakcje che-
miczne, dzi´ki którym ze zbioru ele-
mentów wyjÊciowych powstajà rozmaite
wi´ksze struktury. Jako uproszczony
przyk∏ad rozwa˝my cztery czàsteczki: A1,
A2, B1 i B2. Przyjmujemy, ˝e A1 i A2 ma-
jà podobnà budow´, czyli nale˝à do tej
samej klasy. Natomiast B1 i B2 przypisu-
jemy do innej klasy zwiàzków chemicz-

nych. Zak∏adamy, ˝e czàsteczki z klasy
A i B mogà wzajemnie reagowaç, tworzàc
nowe zwiàzki typu A–B. Spodziewamy
si´, ˝e niektóre z nich mog∏yby si´ oka-
zaç skutecznymi lekami. Procedury che-
mii kombinatorycznej pozwalajà nam z ∏a-
twoÊcià otrzymaç wszystkie mo˝liwe
kombinacje: A1–B1, A1–B2, A2–B1 i
A2–B2.

W rzeczywistoÊci chemicy pracujà ze

znacznie wi´kszà liczbà czàsteczek. Mo-
˝emy na przyk∏ad wybraç 30 struktural-
nie pokrewnych zwiàzków, które ∏àczy
obecnoÊç grupy aminowej (–NH

2

), oraz

30 innych zawierajàcych grup´ karboksy-
lowà (–COOH). Nast´pnie, zapewni-
wszy odpowiednie warunki reakcji,
„krzy˝ujemy” ka˝dà amin´ z ka˝dym
kwasem karboksylowym. Otrzymujemy
30 x 30 = 900 ró˝nych kombinacji, zwiàz-
ków, które b´dà amidami (–CONH–).
GdybyÊmy dodali jeszcze trzeci zestaw
zawierajàcy 30 elementów, wówczas
liczba koƒcowych struktur wzros∏aby do
27 tys. (30 x 30 x 30). U˝ycie wi´cej ni˝
30 zwiàzków w ka˝dym zestawie spo-
wodowa∏oby dalszy bardzo szybki przy-
rost liczby mo˝liwych kombinacji.

Poszukiwacze leków majà do dyspo-

zycji dwie podstawowe techniki kombi-
natoryczne. Pierwsza nosi nazw´ synte-

zy równoleg∏ej; wynalaz∏ jà
w po∏owie lat osiemdziesià-
tych H. Mario Geysen zwià-
zany obecnie z Glaxo Well-
come. Geysen stosowa∏ po-
czàtkowo swà metod´ do
ustalenia, który fragment do-
wolnego du˝ego bia∏ka wià-
˝e si´ z przeciwcia∏em. Wy-
tworzy∏ wi´c ca∏à gam´
krótkich fragmentów bia∏-
kowych, czyli peptydów,
poprzez liczne permutacje
aminokwasów (elementów
budulcowych, z których po-
wstajà bia∏ka i peptydy).
Dzi´ki dziesiàtkom, a cza-
sem setkom reakcji prze-
biegajàcych jednoczeÊnie i
sprawdzaniu, czy uzyskane
peptydy wià˝à si´ z bada-
nym przeciwcia∏em, zdo∏a∏
szybko wy∏owiç reaktywne
struktury spoÊród ogromnej
liczby czàsteczek.

Produkty uzyskiwane te-

chnikà syntezy równoleg∏ej
powstajà w oddzielnych na-
czyniach reakcyjnych. Aby
u∏atwiç sobie zadanie, chemi-
cy stosujà cz´sto tzw. p∏ytk´
mikromiareczkowà, plasti-
kowy arkusz z wg∏´bieniami
o pojemnoÊci kilku mililitrów
uszeregowanymi w 8 rz´-

CHEMIA KOMBINATORYCZNA, mieszanie i ∏àczenie moleku-
larnych cegie∏ek, pozwala na szybkie wytwarzanie wielkiej liczby
rozmaitych struktur. Wyspecjalizowany robot (powy˝ej) dawkuje
odczynniki, z których powstanie obszerny zbiór zwiàzków che-
micznych (na stronie obok).

CHARLES O’REAR

CHARLES O’REAR

Â

WIAT

N

AUKI

Czerwiec 1997 27

dów i 12 kolumn. Tutaj zachodzà reakcje
chemiczne. Tablicowe uporzàdkowanie
odczynników jest u∏atwieniem w przy-
gotowaniu mieszanin reakcyjnych oraz
identyfikacji pobieranych produktów.

Aby otrzymaç na przyk∏ad seri´ ami-

dów przez ∏àczenie oÊmiu ró˝nych amin
z dwunastoma kwasami karboksylowy-
mi, nale˝y wkropliç pierwszà amin´ do
studzienek w pierwszym rz´dzie, dru-
gà do drugiego rz´du itd., a nast´pnie

dodaç kwasy karboksylowe, ka˝dy z
nich do jednej z dwunastu kolumn. Z
20 elementów mo˝na zatem w ten spo-
sób otrzymaç bibliotek´ 96 ró˝nych
zwiàzków chemicznych.

Syntez´ kombinatorycznà chemicy

zaczynajà cz´sto od przy∏àczenia pierw-
szego zestawu elementów do chemicz-
nie oboj´tnych, mikroskopijnych pere∏ek
polistyrenowych (cz´sto nazywanych
pod∏o˝em sta∏ym). Nie przereagowany

materia∏ jest odmywany po ka˝dej re-
akcji; pozostajà jedynie zakotwiczone
produkty. KorzyÊci p∏ynàce z ∏atwego
oczyszczania przewa˝ajà nad kompli-
kacjami zwiàzanymi z koniecznoÊcià
osadzania zwiàzków na pod∏o˝u i póê-
niejszego ich uwalniania.

Rutynowe operacje w syntezie rów-

noleg∏ej, takie jak wkraplanie odczyn-
ników do odpowiednich studzienek,
w wielu laboratoriach powierza si´ dziÊ
wyspecjalizowanym robotom. Dzi´ki
temu proces staje si´ dok∏adniejszy
i mniej pracoch∏onny. Pierwsze zauto-
matyzowane urzàdzenie do syntezy
40 zwiàzków jednoczeÊnie skonstruo-
wali naukowcy z laboratoriów Parke-
-Davis. W firmie Ontogen powsta∏ na-
tomiast robot, który mo˝e wytwarzaç
nawet 1000 substancji dziennie. Czas
potrzebny do zakoƒczenia syntezy rów-
noleg∏ej zale˝y od liczby produkowa-
nych zwiàzków; jej podwojenie wyd∏u-
˝a go niemal dwukrotnie. Te praktyczne
wzgl´dy ograniczajà wielkoÊç tworzo-
nych bibliotek najwy˝ej do kilkudzie-
si´ciu tysi´cy zwiàzków chemicznych.

Dziel i mieszaj

Inny sposób tworzenia kombinato-

rycznych bibliotek, znany pod angiel-
skà nazwà split-and-mix (dziel i mie-
szaj), zaproponowa∏ w koƒcu lat
osiemdziesiàtych Árpád Furka, obecnie
pracujàcy w firmie Advanced Chem-
Tech w Louisville (Kentucky). Inaczej
ni˝ w syntezie równoleg∏ej, podczas któ-
rej ka˝dy zwiàzek pozostaje w odr´b-
nym naczyniu, w technice split-and-mix
otrzymujemy mieszanin´ wielu produk-
tów. Dzi´ki temu potrzeba mniej naczyƒ
reakcyjnych, a liczba produktów roÊnie
nawet do kilku milionów. Cenà sà trud-
noÊci z identyfikacjà i testowaniem bio-
logicznej aktywnoÊci poszczególnych
zwiàzków w z∏o˝onych mieszaninach.

Zasad´ procesu split-and-mix wyja-

Ênimy na prostym przyk∏adzie. Niech
A, B i C oznaczajà trzy zestawy substan-
cji; ka˝dy z nich zawiera trzy elementy
(A1, A2, A3; B1, B2, B3 itd.). Zaczynamy
od trzech probówek z polistyrenowymi
pere∏kami. W pierwszej do pere∏ek przy-
czepiamy czàsteczki A1, w drugiej – A2,
w trzeciej natomiast – A3. Póêniej trzy
rodzaje czàsteczek A (wszystkie zwià-
zane z polistyrenowym noÊnikiem)
umieszczamy we wspólnym naczyniu,
dok∏adnie mieszamy i znów dzielimy
na trzy porcje. Teraz w ka˝dej z trzech
probówek znajduje si´ mieszanina czà-
stek A. Nast´pnie do pierwszej dodaje-
my czàsteczki B1, do drugiej – B2, do
trzeciej zaÊ – B3. W kolejnym analogicz-
nym cyklu wprowadzamy czàsteczki

28 Â

WIAT

N

AUKI

Czerwiec 1997

Synteza równoleg∏a

PERE¸KA POLISTYRENOWA

CZÑSTECZKA A1

CZÑSTECZKA B1

B2

B3

A2

A3

KROK 1

Zacznij od p∏ytki mikromiareczkowej,
czyli plastikowego arkusza z wg∏´bienia-
mi. Wg∏´bienia wype∏nij cz´Êciowo
zawiesinà oboj´tnych chemicznie
pere∏ek polistyrenowych (szare kó∏ka).
Typowa p∏ytka zawiera 8 rz´dów
i 12 kolumn, czyli 96 mikrostudzienek;
na rysunku przedstawiono
tylko jej lewy górny róg.

KROK 2

Do zawiesiny polistyrenowych pere∏ek
dodaj pierwszy zestaw czàsteczek
(kwadraty) nale˝àcych do klasy A,
tak aby A1 znalaz∏y si´ w pierwszym
rz´dzie, A2 w drugim itd. Nast´pnie
przefiltruj zawartoÊç wszystkich
studzienek w celu oddzielenia nie
przereagowanych odczynników
(tych, które nie zwiàza∏y si´
z polistyrenowymi pere∏kami).

KROK 3

Dodaj drugi zestaw czàsteczek klasy B
(trójkàty). B1 wkraplaj do pierwszej
kolumny, B2 do drugiej itd. Przeprowadê
filtrowanie tak jak w poprzednim kroku.

KROK 4

Po skompletowaniu 96-elementowej
biblioteki od∏àcz koƒcowe produkty
od polistyrenowego pod∏o˝a,
aby poddaç je próbom
aktywnoÊci biologicznej.

JARED SCHNEIDMAN DESIGN

z zestawu C. Otrzymujemy w ten spo-
sób 27 ró˝nych zwiàzków.

Aby wy∏owiç najcenniejsze z nich, na-

le˝y badaç Êrednià aktywnoÊç kolejnych
mieszanin. Póêniej stosujàc ró˝ne tech-
niki, dedukuje si´, który z „kombinato-
rycznych” produktów obecnych w naj-
bardziej aktywnej mieszaninie ma
po˝àdane w∏aÊciwoÊci biologiczne.

Kilka firm farmaceutycznych zauto-

matyzowa∏o tak˝e procedur´ split-and-
-mix. Jedno z pierwszych tego typu
urzàdzeƒ (opracowane w laboratoriach
firmy Chiron) potrafi syntetyzowaç mi-
lion zwiàzków w ciàgu kilku tygodni.
Specjalny robot zajmuje si´ dozowaniem
odczynników, mieszaniem i porcjowa-
niem sta∏ego pod∏o˝a.

WspomnieliÊmy ju˝, ˝e podczas syn-

tez opartych na dzieleniu i mieszaniu
trudno zidentyfikowaç konkretnà ak-
tywnà substancj´, która kryje si´ w z∏o-
˝onej miksturze. Kit Lam z University
of Arizona znalaz∏ sposób przezwyci´-
˝enia tej trudnoÊci, zauwa˝ywszy, ˝e
pod koniec syntezy wszystkie czàstecz-
ki przyczepione do danej pere∏ki noÊni-
ka majà t´ samà struktur´. Chemicy mo-
gà wi´c odizolowaç polistyrenowe ku-
leczki zwiàzane z po˝àdanà substancjà
aktywnà, póêniej zaÊ pos∏u˝yç si´ czu-
∏ymi metodami analitycznymi, aby usta-
liç jej budow´. Niestety, metoda ta mo-
˝e byç stosowana tylko w wypadku
niektórych zwiàzków, takich jak pepty-
dy lub krótkie fragmenty DNA.

Inni badacze opracowali metody

oznaczania pere∏ek chemicznymi „ety-
kietami” – swego rodzaju odpowiedni-
kiem kodu kreskowego – z których
mo˝na odczytaç histori´ dodawania ko-
lejnych elementów. Odczytanie etykie-
ty jest jednoznaczne z identyfikacjà za-
kotwiczonych substancji. Szczególnie
du˝o wnieÊli tu naukowcy z biotechno-
logicznej spó∏ki Pharmacopeia, którzy
wykorzystali procedury W. Clarka Stil-
la z Columbia University. K∏opoty
z identyfikacjà zwiàzków sà jednak po-
wa˝ne, dlatego wi´kszoÊç firm poprze-
staje dziÊ raczej na syntezie równoleg∏ej.

Biblioteki leków

Obie metody syntezy kombinatorycz-

nej debiutowa∏y jako sposób tworzenia
peptydów. Czàsteczki te, choç bardzo
istotne dla organizmu, nie sà zbyt przy-
datne jako leki, poniewa˝ rozk∏adajà si´
w jelitach, trudno si´ wch∏aniajà w ˝o-
∏àdku i szybko znikajà z krwiobiegu. In-
tensywne zainteresowanie chemià kom-
binatorycznà pojawi∏o si´ wówczas, gdy
zrozumiano jej przydatnoÊç do syntezy
uznanych farmaceutyków, takich jak
zwiàzki z grupy benzodiazepin.

Benzodiazepiny nale˝à do najcz´Êciej

przepisywanych leków. Najlepiej zna-
nym przyk∏adem jest diazepam (rela-
nium, valium), lek uspokajajàco-nasen-
ny. AktywnoÊç biologicznà przejawia
jednak równie˝ wiele innych pokrew-
nych zwiàzków, które mogà dzia∏aç
przeciwdrgawkowo, pobudzajàco, prze-
ciwzakrzepowo (antagonistycznie do
czynnika pobudzajàcego p∏ytki krwi).
Nale˝à te˝ do nich inhibitory enzymu
odwrotnej transkryptazy wirusa HIV
oraz inhibitory farnezylotransferazy
bia∏ka Ras (enzymu uczestniczàcego
w procesach nowotworowych).

WieloÊç zastosowaƒ sprawi∏a, ˝e ben-

zodiazepiny by∏y pierwszà grupà
zwiàzków, w której poszukiwano no-
wych leków metodami chemii kombi-
natorycznej. Jeden z nas (Ellman) przed-
stawi∏ w 1992 roku wraz z Barrym
Buninem (tak˝e z University of Califor-
nia w Berkeley) sposób syntezy benzo-
diazepin na sta∏ym pod∏o˝u. Otwarto
w ten sposób drog´ do tworzenia biblio-
tek zawierajàcych tysiàce potencjalnie
u˝ytecznych pochodnych.

Niedawno usprawniliÊmy t´ proce-

dur´, istotnie zwi´kszajàc liczb´ pro-
duktów. Najtrudniejszym zadaniem

Â

WIAT

N

AUKI

Czerwiec 1997 29

JARED SCHNEIDMAN DESIGN

Synteza typu split-and-mix

KROK 1

Zacznij od probówek wype∏nionych
zawiesinà oboj´tnych chemicznie kulek
polistyrenowych (szare kó∏ka). Rysunek,
dla uproszczenia, przedstawia tylko trzy
probówki, w rzeczywistoÊci mo˝e ich byç
dziesiàtki. Dodaj pierwszy zestaw
czàsteczek klasy A (kwadraty),
tak aby w pierwszej znalaz∏ si´
zwiàzek A1, w drugiej A2 itd.

KROK 3

Mieszanin´ podziel na trzy równe cz´Êci.
Dodaj drugi zestaw czàsteczek klasy
B (trójkàty), wkraplajàc B1 do pierwszej
probówki, B2 do drugiej itd. Kroki 2 i 3
mo˝esz powtarzaç wielokrotnie –
zale˝nie od zaplanowanej liczby
elementów w koƒcowym produkcie.

KROK 4

Odfiltruj nie przereagowane odczynniki,
oddziel gotowe zwiàzki od pere∏ek
polistyrenowych. Cz´sto bada si´
zawartoÊç ka˝dej z probówek w celu
okreÊlenia Êredniej aktywnoÊci
biologicznej mieszanin. Najlepsze
w∏aÊciwoÊci mo˝e mieç na przyk∏ad
mieszanina, do której ostatnio wkraplano
B2. Wówczas powtarza si´ syntez´,
kojarzàc B2 z ró˝nymi substancjami A,
aby ustaliç, który spoÊród zwiàzków
typu A–B2 jest najbardziej skuteczny.

KROK 2

Wymieszaj zawartoÊç wszystkich
probówek.

A2

A3

PERE¸KA

POLISTYRENOWA

CZÑSTECZKA A1

B2

B3

CZÑSTECZKA B1

podczas projektowania syntez kombi-
natorycznych jest wybranie warunków
eksperymentalnych, gwarantujàcych
minimalizacj´ reakcji ubocznych, a tym
samym – niski poziom zanieczyszczeƒ.
Optymalizacja wszystkich parametrów
zaj´∏a nam ponad rok, póêniej jednak
zdo∏aliÊmy (wraz z Buninem) wytwo-
rzyç metodà równoleg∏ej syntezy 11 200
zwiàzków w ciàgu zaledwie dwóch
miesi´cy.

Obiecujàce substancje

Okaza∏o si´, ˝e biblioteka ta zawiera-

∏a kilka potencjalnych leków. W ramach
projektu badawczego realizowanego
wspólnie z Victorem Levinem i Ray-
mondem Budde z University of Texas
M. D. Anderson Cancer Center w Hou-
ston zidentyfikowaliÊmy pochodnà dia-
zepiny, która inhibuje enzym zaanga-
˝owany w powstawanie raka okr´˝ni-
cy i w osteoporoz´. Natomiast wspó∏-
praca z Garym Glickiem i jego kolegami
z University of Michigan zaowocowa-
∏a odkryciem innej benzodiazepiny, ha-
mujàcej oddzia∏ywanie jednoniciowe-
go DNA z przeciwcia∏ami, które mo˝e
byç istotnà przyczynà tocznia uk∏ado-
wego rumieniowatego. Zwiàzki te pod-
dawane sà na razie wst´pnym próbom
laboratoryjnym.

Odkàd wraz z innymi chemikami

wykazaliÊmy przydatnoÊç technik kom-
binatorycznych do syntezy potencjal-
nych leków, przemys∏ farmaceutyczny

zaczà∏ realizowaç nowe projekty ba-
dawcze. W ciàgu minionych 5 lat po-
wsta∏y dziesiàtki niewielkich firm sto-
sujàcych wy∏àcznie t´ metod´, a prawie
wszystkie du˝e koncerny majà obecnie
w∏asne oddzia∏y chemii kombinatorycz-
nej lub wspó∏pracujà z mniejszymi,

wyspecjalizowanymi w tej dziedzinie
przedsi´biorstwami.

Metody kombinatoryczne uchodzà

dziÊ cz´sto za rutynowe, a zastosowanie
ich nie ogranicza si´, rzecz jasna, tylko
do benzodiazepin. Chemicy wykorzy-
stujà kombinatoryczne biblioteki ma∏ych
czàsteczek organicznych jako êród∏o
obiecujàcych substancji wyjÊciowych
bàdê do optymalizacji aktywnoÊci zna-
nego ju˝ specyfiku. Podczas poszukiwaƒ
nowej substancji wyjÊciowej powstajà
cz´sto bardzo obszerne biblioteki, z dzie-
siàtkami tysi´cy lub nawet milionami
produktów koƒcowych. Natomiast bi-
blioteki s∏u˝àce zwi´kszeniu skuteczno-
Êci lub bezpieczeƒstwa stosowania ist-
niejàcego specyfiku sà z regu∏y znacznie
mniejsze, kilkusetsk∏adnikowe.

Kilka firm farmaceutycznych przy-

stàpi∏o ju˝ do klinicznego testowania le-
ków, które odkryto dzi´ki metodom che-
mii kombinatorycznej. Poniewa˝ odpo-
wiednie programy badawcze zosta∏y
wdro˝one stosunkowo niedawno, ˝ad-
nego zwiàzku spoÊród potencjalnych
kandydatów nie sprawdzano jeszcze
wystarczajàco d∏ugo, by uzyskaç akcep-
tacj´ Food and Drug Administration.
Jednak ukazanie si´ na rynku pierw-
szych owoców chemii kombinatorycznej
jest ju˝ tylko kwestià czasu.

Za przyk∏ad mo˝e s∏u˝yç preparat

opracowany w firmie Pfizer. Tradycyj-
ne metody doprowadzi∏y tam w 1993 ro-
ku do odkrycia substancji wyjÊciowej,

30 Â

WIAT

N

AUKI

Czerwiec 1997

ROBOT w Arris Pharmaceutical automatycznie przesuwa p∏ytki mikromiareczkowe z bi-
bliotekami kombinatorycznymi do urzàdzenia, które testuje ich aktywnoÊç biologicznà.

POLISTYRENOWE KULECZKI (widoczne tutaj w oko∏o 100-krotnym powi´kszeniu) to
standardowy rekwizyt chemii kombinatorycznej. Produkty reakcji przyczepione do ich
powierzchni ∏atwo jest odseparowaç od zb´dnego, nie przereagowanego materia∏u. Fo-
tografia przedstawia wynik testu aktywnoÊci biologicznej; kolor czerwony sygnalizuje
obecnoÊç syntetycznego receptora steroidów.

CHARLES O’REAR

Za zgodà W. CLARKA STILLA

która skutecznie zapobiega∏a mia˝d˝y-
cy t´tnic. Nast´pnie dzi´ki syntezie rów-
noleg∏ej w ciàgu nieca∏ego roku jedno
z laboratoriów Pfizera wytworzy∏o po-
nad tysiàc zwiàzków pochodnych; nie-
które z nich dzia∏a∏y nawet 100 razy sil-
niej ni˝ substancja wyjÊciowa. Jeden lek
wydzielony z tej serii poddawany
jest obecnie testom klinicznym.
Warto dodaç, ˝e naukowcy mu-
sieli otrzymaç ponad 900 sub-
stancji, zanim dostrzegli zwi´ksze-
nie po˝àdanej aktywnoÊci biologicznej.
Prawie 1000 zwiàzków wyprodukowa-
no wi´c na darmo. Przy stosowaniu tra-
dycyjnych metod syntezy, polegajàcych
na modyfikacjach krok po kroku, nie-
wiele laboratoriów mog∏oby sobie po-
zwoliç na podobne nieliczenie si´ z cza-
sem i pieni´dzmi.

Szukajàc Êrodka przeciw bólom mi-

grenowym, równie˝ chemicy z firmy Eli
Lilly pos∏u˝yli si´ syntezà równoleg∏à.
Dysponowali substancjà wyjÊciowà, któ-
ra ch´tnie ∏àczy∏a si´ z docelowà struk-
turà biochemicznà (receptorem). Oba-
wiano si´ jednak niepo˝àdanych efe-
któw ubocznych, wykazywa∏a ona bo-
wiem tak˝e silne powinowactwo do in-
nych, pokrewnych receptorów. Po zsyn-
tetyzowaniu oko∏o 500 pochodnych tej
substancji wy∏owiono obiecujàcy lek,
poddawany obecnie testom klinicznym.

Z pewnoÊcià opracowane zostanà

sposoby jeszcze szybszego i taƒszego
tworzenia bibliotek kombinatorycz-
nych. Powstajà ju˝ wyrafinowane meto-
dy, które zwi´kszà wydajnoÊç syntez
lub wyeliminujà koniecznoÊç dodawa-
nia (a potem usuwania) polistyrenowe-
go pod∏o˝a. Mo˝na równie˝ przy-
puszczaç, ˝e przemys∏ farmaceutyczny
usprawni sposoby zbierania i analizy
danych o aktywnoÊci syntetyzowanych
produktów. (Dysponujemy ju˝ na przy-
k∏ad wiedzà na temat powinowactwa
tysi´cy zwiàzków z pewnej biblioteki
do okreÊlonego receptora, którà mo˝-

na wykorzystaç
do przewidzenia jego
kszta∏tu, wielkoÊci i ∏adun-
ków elektrycznych, mimo ˝e
nie znamy jego dok∏adnej struktu-
ry.) Takie informacje mogà byç po-
mocnà wskazówkà dla chemików, któ-
rzy modyfikujà okreÊlone substancje
wyjÊciowe lub poszukujà materia∏u do
konstruowania nowych bibliotek kom-
binatorycznych.

Chocia˝ koncentrowaliÊmy si´ tutaj

na uzyskiwaniu nowych leków, chemia
kombinatoryczna zaczyna wywieraç
wp∏yw równie˝ na dziedziny pokrew-
ne – zw∏aszcza chemi´ nowych ma-
teria∏ów. Peter G. Schultz i jego wspó∏-
pracownicy z University of California
w Berkeley u˝yli procedur kombinato-
rycznych do okreÊlenia sk∏adu nad-
przewodników wysokotemperaturo-
wych. Inni wykorzystujà te metody
do otrzymywania ciek∏ych kryszta∏ów
znajdujàcych zastosowanie w p∏askich
wyÊwietlaczach oraz przy poszukiwa-
niu substancji do baterii cienkowarstwo-
wych. Zespo∏y badawcze majà nadzie-
j´ szybko i tanio produkowaç nowe,
u˝yteczne materia∏y. Bez wàtpienia do-
piero zaczynamy sobie uÊwiadamiaç

rzeczywiste mo˝liwoÊci

tkwiàce w tej technice.

Syntez´ kombinatorycznà

móg∏by ktoÊ uznaç za zbyt przy-

padkowy sposób dzia∏ania. Losowo

zestawiamy sk∏adowe elementy, liczàc

na otrzymanie cennej substancji. Nie jest
to aby tryumf szcz´Êliwego trafu nad
rzetelnà wiedzà i wnikliwym przewi-
dywaniem? Podobne wra˝enie by∏oby
dalekie od prawdy. WartoÊciowa biblio-
teka nie powstaje bez zakrojonych na
szerokà skal´ badaƒ i planowania. Che-
mik musi sam wybraç odpowiednie „ce-
gie∏ki” i okreÊliç sposób badania biolo-
gicznej aktywnoÊci produktów. Chemia
kombinatoryczna wyposa˝y∏a naukow-
ców w nowe, atrakcyjne sposoby zbiera-
nia, porzàdkowania i analizy informacji
o w∏aÊciwoÊciach zwiàzków chemicz-
nych. Zasada wyboru najbardziej efek-
tywnej kombinacji spoÊród wielu po-
krewnych – od milionów lat wykorzy-
stywana w uk∏adach odpornoÊciowych
– zmienia dziÊ sposób odkrywania le-
ków. To sympatyczny paradoks, ˝e si∏y
obronne organizmu nauczy∏y nas, jak
sporzàdziç lek, gdy same zawiodà.

T∏umaczy∏

Robert Ko∏os

Â

WIAT

N

AUKI

Czerwiec 1997 31

NADPRZEWODNIKI tak˝e mo˝na uzyskiwaç dzi´ki metodom
kombinatorycznym. Ta biblioteka zawiera 128 rozmaicie zmody-
fikowanych tlenków miedzi (CuO); niektóre z tych substancji
wykaza∏y w∏aÊciwoÊci nadprzewodzàce.

Za zgodà PETERA G. SCHULTZA

Informacje o autorach

MATTHEW J. PLUNKETT i JONATHAN A. ELLMAN wspólnie

pracowali nad kombinatorycznà syntezà leków w University of Ca-

lifornia w Berkeley. Plunkett doktoryzowa∏ si´ tam w 1996 roku,

a nast´pnie przeszed∏ do Arris Pharmaceutical, gdzie tworzy kom-

binatoryczne biblioteki w poszukiwaniu inhibitorów proteazy oraz

pracuje nad technikami losowego badania aktywnoÊci uzyskiwa-

nych substancji. Ellman wyk∏ada w Berkeley od 1992 roku. Jego la-

boratorium opracowuje nowe metody kombinatorycznej syntezy

zwiàzków organicznych, a tak˝e bada zastosowania tej techniki do

rozwiàzywania problemów chemii i biologii.

Literatura uzupe∏niajàca

SYNTHESIS AND APPLICATIONS OF SMALL MOLECULE LIBRARIES.

Lorin A.

Thompson i Jonathan A. Ellman, Chemical Reviews, vol. 96, nr 1, ss.

555-600, I/1996.

COMBINATORIAL CHEMISTRY

. Raport specjalny Chemical & Engineering

News, vol. 74, nr 7, ss. 28-73, 12 II 1996.

COMBINATORIAL CHEMISTRY.

Wyd. specjalne Accounts of Chemical Research.

Red. Anthony W. Czarnik i Jonathan A. Ellman, vol. 29, nr 3, III/1996.

HIGH-THROUGHPUT SCREENING FOR DRUG DISCOVERY

. James R. Broach i Je-

remy Thorner, Nature, vol. 384, suplement, nr 6604, ss. 14-16, 7 XI

1996.