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斯坦福研究团队在生产一种备受赞誉的癌症治疗药物方面取得了突破

已有 2260 次阅读 2022-10-5 14:35 |个人分类:新科技|系统分类:博客资讯

斯坦福研究团队在生产一种备受赞誉的癌症治疗药物方面取得了突破

诸平

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Fig. 1 Credit: Paul A. Wender et al, Nature Chemistry (2022). DOI: 10.1038/s41557-022-01048-2

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Fig. 2 PhD students Edward Njoo, David Fanelli, Zach Gentry, and Owen McAteer. These researchers achieved the synthesis of the cancer-fighting compound EBC-46. Credit: Paul Wender

据美国斯坦福大学(Stanford University2022103日报道,该校研究团队在生产一种备受赞誉的癌症治疗药物方面取得了突破(Research team achieves breakthrough in the production of an acclaimed cancer-treating drug)。

斯坦福大学的研究人员发现了一种快速、可持续的方法,可以在实验室合成一种有前途的抗癌化合物。该化合物的可用性受到限制,因为目前已知的唯一天然来源是一种单独生长在澳大利亚东北部小雨林地区的单一植物物种。

该化合物名为EBC-46,技术上称为tigilanol tiglate,其作用是促进针对肿瘤的局部免疫反应(immune response)。这种反应会破坏肿瘤的血管,最终杀死癌细胞。EBC-46最近进入了人类临床试验( human clinical trials),因为它在治疗狗身上的一种癌症方面具有极高的成功率。

然而,鉴于其复杂的结构,EBC-46似乎在合成上无法获得,这意味着似乎不存在在实验室实际生产它的可行途径。然而,由于一个巧妙的过程,斯坦福大学的研究人员首次展示了如何将一种丰富的植物基起始材料化学转化为EBC-46。相关研究结果于2022103日已经在《自然化学》(Nature Chemistry)杂志网站发表——Paul A. Wender, Zachary O. Gentry, David J. Fanelli, Quang H. Luu-Nguyen, Owen D. McAteer, Edward Njoo. Practical synthesis of the therapeutic leads tigilanol tiglate and its analogues. Nature Chemistry (2022). DOI: 10.1038/s41557-022-01048-2. Published: 03 October 2022. https://doi.org/10.1038/s41557-022-01048-2

作为奖励,这一过程可以产生EBC-46“类似物”即化学上相似的化合物,但可能证明是更有效的,且可能对其它严重疾病治疗范围是惊人的。这些疾病包括艾滋病(AIDS)、多发性硬化症(multiple sclerosis)和阿尔茨海默病(Alzheimer's disease),都有受EBC-46靶点影响的生物途径,EBC-46靶点是一种称为蛋白激酶Cprotein kinase C简称PKC)的关键酶。

斯坦福大学人文科学学院弗朗西斯·伯格斯特龙教授(Francis W. Bergstrom Professor in the School of Humanities and Sciences)、化学和系统生物学教授、上述研究论文的通讯作者保罗·温德(Paul Wender)说:“我们非常兴奋地报告了EBC-46的首次可伸缩合成,能够在实验室合成EBC-46真的打开了巨大的研究和临床应用机会。”

保罗·温德表达了研究团队对EBC-46合成突破的极大满意。他说:“如果你在他们成功后的前几周去参观实验室,你就会看到我的同事们面带微笑。他们能够做很多人认为不可能做到的事情倍感自豪。”

来自偏远地区的好主意(From a remote region

Tigilanol tiglate最初是通过澳大利亚QBiotics公司的自动化候选药物筛选过程发现的。在自然界中,这种化合物出现在红木树(blushwood tree/Fontainea picrosperma)粉红色果实的种子中。有袋类动物,如麝香鼠袋鼠(musky rat-kangaroos),吃红木果实,避免吃富含Tigilanol tiglate的种子,这种种子一旦摄入就会引发呕吐和腹泻。

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Fig. 3 Fontainea Picrosperma

将小剂量的EBC-46直接注射到某些实体瘤中,可通过PKC改变细胞信号发送。具体而言,EBC-46被认为可以激活某些形式的PKC,进而影响癌细胞(cancerous cells)中各种蛋白质的活性,从而吸引宿主的免疫反应。由此产生的炎症使肿瘤的脉管系统(血管)渗漏,这种出血导致肿瘤生长死亡。对于外部皮肤恶性肿瘤,肿瘤会结痂和脱落,目前正在研究向内部肿瘤输送EBC-46的方法。

2020年,欧洲药品管理局(European Medicines Agency)和美国食品和药物管理局(Food and Drug Administration)都批准了一种以EBC-46为基础的药物,以斯特尔方塔(Stelfonta)品牌出售,用于治疗肥大细胞癌(mast cell cancer),这是狗最常见的皮肤肿瘤。一项研究表明,单次注射后治愈率为75%,第二次注射后治愈率为88%。此后,针对人类皮肤、头颈部和软组织癌症的临床试验已经开始。

基于这些新兴的研究和临床需求,再加上来源种子的地理限制,科学家们考虑建立红木树(blushwood trees)的特殊种植园。但这样做会带来了一系列问题。首先,树木需要授粉,这意味着必须有合适种类的授粉动物在场,而且树木必须以适当的密度和距离进行种植,以便帮助授粉。此外,季节和气候变化会影响树木以及病原体。为红木树留出地块也会进一步造成了土地使用问题。

保罗·温德说:“为了可持续、可靠地生产我们所需数量的EBC-46,我们真的需要走合成路线。”

从头开始制EBC-46Making EBC-46 from scratch

保罗·温德及其同事意识到,从头开始制造EBC-46是制造EBC-46的一个良好起点,这就是植物衍生化合物佛波醇(phorbol)。全世界有7000多种植物生产佛波醇衍生物(phorbol derivatives),富含佛波醇的种子在商业上价格低廉。研究人员选择了巴豆(Croton tiglium / purging croton),一种用于传统中药的草药。

保罗·温德解释说,制备EBC-46的第一步类似于日常体验。保罗·温德说:“你买了一袋这些种子,就像早上煮咖啡一样。你把种子磨碎,用一些热溶剂从中提取活性成分,”在这种情况下是一种富含佛波醇的油。

在将富含佛波醇的油加工成佛波醇后,研究人员必须找出如何克服之前无法克服的挑战,即用精心放置的氧原子修饰分子的一部分,称为B环。这是使EBC-46PKC相互作用并改变细胞内酶活性所必需的。

为了指导他们的化学和生物学研究,研究人员依靠斯坦福神经科学显微镜服务(Stanford Neuroscience Microscopy Service)、斯坦福癌症研究所蛋白质组学/质谱共享资源(Stanford Cancer Institute Proteomics/Mass Spectrometry Shared Resource)和斯坦福夏洛克集群(Stanford Sherlock cluster)的仪器进行计算机建模。

在这一指导下,研究小组成功地向佛波醇的B环中添加了额外的氧原子,首先是通过在流动条件下进行的所谓的烯化反应{ene (pronounced "een") reaction},反应物在通过管道时混合。然后,研究小组以逐步控制的方式引入其它B环基团,以获得所需的原子空间排列。总的来说,获得EBC-46类似物只需要四到六个步骤,而达到EBC-46本身则需要十几个步骤。

保罗·温德希望,这一突破性方法所提供的EBC-46及其PKC影响相似化合物的更广泛可用性,将加速潜在革命性新疗法的研究。

保罗·温德说:“随着我们对细胞功能的了解越来越多,我们也越来越了解如何控制这种功能。对功能的控制在处理从癌症到阿尔茨海默氏症等疾病中失控的细胞时尤为重要。”

保罗·温德也是斯坦福生物XStanford Bio-X)和斯坦福癌症研究所(Stanford Cancer Institute)的成员,也是斯坦福ChEM-HSarafan ChEM-H)的研究员。

本研究得到了美国国立卫生研究院{National Institutes of Health (NIH): CA31845 and AI124743}、分子药理学培训计划(Molecular Pharmacology Training Program)以及NIH P30 CA124435的支持。

上述介绍,仅供参考。欲了解更多信息,敬请注意浏览原文或者相关报道

化学提供了一种有希望的癌症和艾滋病毒治疗的新方法(Chemistry provides a new supply of a promising cancer and HIV treatment

Abstract

Tigilanol tiglate is a natural product diterpenoid in clinical trials for the treatment of a broad range of cancers. Its unprecedented protein kinase C isoform selectivity make it and its analogues exceptional leads for PKC-related clinical indications, which include human immunodeficiency virus and AIDS eradication, antigen-enhanced cancer immunotherapy, Alzheimer’s disease and multiple sclerosis. Currently, the only source of tigilanol tiglate is a rain forest tree, Fontainea picrosperma, whose limited number and restricted distribution (northeastern Australia) has prompted consideration of designed tree plantations to address supply needs. Here we report a practical laboratory synthesis of tigilanol tiglate that proceeds in 12 steps (12% overall yield, >80% average yield per step) and can be used to sustainably supply tigilanol tiglate and its analogues, the latter otherwise inaccessible from the natural source. The success of this synthesis is based on a unique strategy for the installation of an oxidation pattern common to many biologically active tiglianes, daphnanes and their analogues.




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