Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое медицинская химия, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое медицинская химия , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Неорганическая химия.
медицинская химия (англ. Medicinal chemistry) — научная дисциплина, которая занимается, оптимизацией и получением лекарств и биологически активных соединений, изучает их метаболизм, способ действия на молекулярном уровне, а также зависимости «структура-активность» (QSAR). Включает в себя аспекты химии, биологии, медицины и фармацевтики.
Лекарственная или фармацевтическая химия — это научная дисциплина на стыке химии и фармации , занимающаяся проектированием и разработкой фармацевтических препаратов . Лекарственная химия включает в себя идентификацию, синтез и разработку новых химических веществ, пригодных для терапевтического использования. Она также включает в себя изучение существующих препаратов, их биологических свойств и количественных соотношений структура-активность (QSAR).
Медицинская химия — это в высшей степени междисциплинарная наука, объединяющая органическую химию с биохимией , вычислительной химией , фармакологией , молекулярной биологией , статистикой и физической химией .
Соединения, используемые в качестве лекарств, чаще всего являются органическими соединениями , которые часто делятся на широкие классы малых органических молекул (например, аторвастатин , флутиказон , клопидогрель ) и « биопрепаратов » ( инфликсимаб , эритропоэтин , инсулин гларгин ), последние из которых чаще всего являются лекарственными препаратами белков (природные и рекомбинантные антитела , гормоны и т. д.). Лекарства также могут быть неорганическими и металлоорганическими соединениями, обычно называемыми металлопрепаратами (например, агенты на основе платины , лития и галлия , такие как цисплатин , карбонат лития и нитрат галлия соответственно). Дисциплина медицинской неорганической химии исследует роль металлов в медицинской металлотерапии, которая включает изучение и лечение заболеваний и состояний здоровья, связанных с неорганическими металлами в биологических системах. Существует несколько металлотерапевтических препаратов, одобренных для лечения рака (например, содержат Pt, Ru, Gd, Ti, Ge, V и Ga), противомикробных препаратов (например, Ag, Cu и Ru), диабета (например, V и Cr), антибиотиков широкого спектра действия (например, Bi), биполярного расстройства (например, Li). Другие области исследований включают: металломику , геномику , протеомику , диагностические агенты (например, МРТ: Gd, Mn; рентген: Ba, I) и радиофармацевтические препараты (например, 99m Tc для диагностики, 186 Re для терапии).
В частности, медицинская химия в своей наиболее распространенной практике — фокусируясь на малых органических молекулах — охватывает синтетическую органическую химию и аспекты природных продуктов и вычислительной химии в тесном сочетании с химической биологией , энзимологией и структурной биологией , вместе направленных на открытие и разработку новых терапевтических агентов. Практически говоря, она включает химические аспекты идентификации, а затем систематическое, тщательное синтетическое изменение новых химических объектов , чтобы сделать их пригодными для терапевтического использования. Она включает синтетические и вычислительные аспекты изучения существующих лекарств и агентов в разработке в отношении их биоактивности (биологической активности и свойств), т. е. понимание их структурно-активностных отношений (SAR). Фармацевтическая химия сосредоточена на качественных аспектах лекарств и направлена на обеспечение пригодности для цели лекарственных продуктов.
На биологическом интерфейсе медицинская химия объединяется в набор высоко междисциплинарных наук, устанавливая свои органические, физические и вычислительные акценты наряду с биологическими областями, такими как биохимия , молекулярная биология , фармакогнозия и фармакология , токсикология , ветеринария и медицина человека ; они, совместно с управлением проектами , статистикой и практикой фармацевтического бизнеса, систематически контролируют изменение идентифицированных химических агентов таким образом, чтобы после фармацевтической формулировки они были безопасными и эффективными , и, следовательно, подходили для использования при лечении заболеваний.
Ацетилсалициловая кислота (аспирин) — одно из первых синтетических лекарственных средств.
Началом медицинской химии можно считать конец XIX века, но окончательно она оформилась лишь к 70-м годам XX века. Разумеется, отдельные лекарственные средства были известны издревле; например, касторовое масло использовалось еще в Древнем Египте. С древнейших времен применяли производные ртути, мышьяка и сурьмы, но лечение ими зачастую было более опасным, чем сама болезнь.
В XVI веке швейцарский врач и алхимик Парацельс подверг критике древнюю медицину и способствовал внедрению химических препаратов, основав ятрохимию. В XIX веке, благодаря новым методам химического анализа и разделения, удалось выделить активные ингредиенты многих лекарственных растений: хинин, морфин, салициловую кислоту и другие.
Развитие органической химии в середине-конце XIX века позволило получать лекарственные препараты чисто синтетическим путем, например, салициловую кислоту и ее производное, ацетилсалициловую кислоту (аспирин).
Сальварсан — первое эффективное лекарство от сифилиса.
На рубеже XIX—XX веков Пауль Эрлих разрабатывает концепцию химиотерапии — лечения заболеваний с помощью ядов или токсинов, избирательно действующих на инфекционный агент (т. н. «волшебных пуль», англ. magic bullets). В 1907 в его лаборатории синтезируют сальварсан, первое эффективное средство от сифилиса.
В 1920—1940 годах открываются первые противомикробные препараты и антибиотики: стрептоцид (Герхард Домагк), пенициллин (Александр Флеминг), хлорамфеникол.
Бензилпенициллин — один из первых антибиотиков.
В конце XX века развитие биотехнологий позволило направлено синтезировать сложные биологические молекулы в качестве лекарственных препаратов, например, гормоны и моноклональные антитела.
Открытие — это идентификация новых активных химических соединений, часто называемых «хитами», которые обычно обнаруживаются путем анализа соединений на предмет желаемой биологической активности . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Первоначальные хиты могут быть получены путем повторного использования существующих агентов для новых патологических процессов, и из наблюдений за биологическими эффектами новых или существующих природных продуктов из бактерий, грибов, растений, и т. д. Кроме того, хиты также обычно возникают из структурных наблюдений за «фрагментами» малых молекул, связанными с терапевтическими мишенями (ферментами , рецепторами и т. д.), где фрагменты служат отправными точками для разработки более химически сложных форм путем синтеза. Наконец, хиты также регулярно возникают из массового тестирования химических соединений против биологических мишеней с использованием биохимических или хемопротеомных анализов, где соединения могут быть из новых синтетических химических библиотек, известных своими особыми свойствами (ингибиторная активность киназы, разнообразие или сходство с лекарствами и т. д.), или из исторических коллекций или библиотек химических соединений, созданных с помощью комбинаторной химии . Хотя существует ряд подходов к выявлению и разработке эффективных лекарственных препаратов, наиболее успешные методы основаны на химической и биологической интуиции, выработанной в командной среде за годы кропотливой практики, направленной исключительно на открытие новых терапевтических средств.
Необходимы дальнейшие химические и аналитические исследования, во-первых, для идентификации «сортировочных» соединений, которые не обеспечивают серий, демонстрирующих подходящие SAR и химические характеристики, связанные с долгосрочным потенциалом для разработки, а затем для улучшения оставшихся серий хитов относительно желаемой первичной активности, а также вторичных активностей и физико-химических свойств, чтобы агент был полезен при введении реальным пациентам. В этой связи химические модификации могут улучшить распознавание и связывание геометрии ( фармакофоры ) соединений-кандидатов, и, таким образом, их сродство к их мишеням, а также улучшить физико-химические свойства молекулы, которые лежат в основе необходимых фармакокинетических / фармакодинамических (ФК / ПД) и токсикологических профилей (устойчивость к метаболической деградации, отсутствие гено-, гепато- и сердечной токсичности и т. д.), так что химическое соединение или биологическое средство подходит для введения в исследования на животных и людях. [ необходима цитата ]
Заключительные этапы синтетической химии включают производство ведущего соединения в подходящем количестве и качестве, чтобы обеспечить крупномасштабные испытания на животных, а затем клинические испытания на людях . Это включает оптимизацию синтетического пути для массового промышленного производства и открытие наиболее подходящей лекарственной формулы . Первый из них по-прежнему является сферой медицинской химии, последний вносит специализацию в науку о формулах (с ее компонентами физической и полимерной химии и материаловедения). Специализация синтетической химии в медицинской химии, направленная на адаптацию и оптимизацию синтетического пути для синтеза в промышленных масштабах сотен килограммов и более, называется синтезом процесса и включает в себя глубокое знание приемлемой синтетической практики в контексте крупномасштабных реакций (термодинамика реакции, экономика, безопасность и т. д.). На этом этапе критически важным является переход к более строгим требованиям GMP к источникам материалов, обращению с ними и химии.
Синтетическая методология, используемая в медицинской химии, подвержена ограничениям, которые не применяются к традиционному органическому синтезу . В связи с перспективой масштабирования препарата безопасность имеет первостепенное значение. Потенциальная токсичность реагентов влияет на методологию.
Структуры фармацевтических препаратов оцениваются многими способами, отчасти как средство прогнозирования эффективности, стабильности и доступности. Правило пяти Липински фокусируется на числе доноров и акцепторов водородных связей, числе вращающихся связей, площади поверхности и липофильности. Другие параметры, по которым медицинские химики оценивают или классифицируют свои соединения, это: синтетическая сложность, хиральность, плоскостность и количество ароматических колец.
Структурный анализ соединений-лидеров часто выполняется с помощью вычислительных методов до фактического синтеза лиганда(ов). Это делается по ряду причин, включая, но не ограничиваясь: временные и финансовые соображения (расходы и т. д.). После того, как интересующий лиганд синтезирован в лаборатории, анализ выполняется традиционными методами (ТСХ, ЯМР, ГХ/МС и т. д.).
Лекарственная химия по своей природе является междисциплинарной наукой, и практикующие специалисты имеют прочный опыт в органической химии, который в конечном итоге должен сочетаться с широким пониманием биологических концепций, связанных с мишенями клеточных лекарств. Ученые, работающие в области медицинской химии, в основном являются промышленными учеными (но см. ниже), работающими в составе междисциплинарной команды, которая использует свои химические способности, особенно синтетические способности, для использования химических принципов для разработки эффективных терапевтических средств. Продолжительность обучения интенсивна, при этом практикующим специалистам часто требуется получить 4-летнюю степень бакалавра, а затем 4–6-летнюю степень доктора философии по органической химии. Большинство программ обучения также включают период постдокторской стипендии продолжительностью 2 или более года после получения степени доктора философии по химии, в результате чего общая продолжительность обучения составляет от 10 до 12 лет обучения в колледже. ] Однако возможности трудоустройства на уровне магистра также существуют в фармацевтической промышленности, и при этом и степень доктора философии. уровне существуют дополнительные возможности трудоустройства в академической сфере и государственном управлении.
Программы аспирантуры по медицинской химии можно найти на традиционных факультетах медицинской химии или фармацевтических наук, которые традиционно связаны с фармацевтическими школами, а также на некоторых химических факультетах. Однако большинство работающих медицинских химиков имеют ученые степени (магистра, но особенно доктора философии) по органической химии, а не по медицинской химии , и преобладают должности в области исследований, где сеть обязательно раскинута шире всего, и происходит самая широкая синтетическая деятельность.
В исследованиях низкомолекулярных терапевтических средств акцент на обучении, которое обеспечивает широту синтетического опыта и «темп» лабораторных операций, явно присутствует (например, для лиц с синтезом чисто синтетических органических и природных продуктов в докторантуре и постдокторантских должностях, там же). В областях медицинской химии, связанных с проектированием и синтезом химических библиотек или выполнением химических процессов, направленных на жизнеспособные коммерческие синтезы (области, как правило, с меньшими возможностями), пути обучения часто гораздо более разнообразны (например, включая целенаправленное обучение физической органической химии, синтезам, связанным с библиотеками и т. д.).
Таким образом, большинство начинающих специалистов в области медицинской химии, особенно в США, не имеют формального образования в этой области, но получают необходимую медицинскую химию и фармакологическую подготовку после трудоустройства — при поступлении на работу в фармацевтическую компанию, где компания предоставляет свое особое понимание или модель обучения «медихим» посредством активного участия в практическом синтезе в терапевтических проектах. (То же самое в некоторой степени относится и к специальностям вычислительной медицинской химии, но не в такой степени, как в областях синтеза.)
Разработка нового лекарства от выдвижения гипотезы до вывода препарата на рынок занимает 12-15 лет и стоит свыше 1 млрд долларов. В 2006—2015 годах в США лишь 9,6 % кандидатов успешно прошли клинические испытания и получили одобрение Управления по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов (FDA).
На стадии обнаружения идентифицируют первые соединения, которые обладают желаемой активностью по отношению к биологической мишени, т. н. «хиты́» (от англ. hit — «попадание в цель»). Такими начальными хитами могут быть новые химические соединения (например, из комбинаторных библиотек) или же известные лекарственные вещества и природные соединения. Хиты часто обнаруживают путем изучения взаимодействия небольших молекулярных фрагментов с биологическими мишенями (энзимами, рецепторами и т. д.) Библиотеки фрагментов могут быть получены комбинаторным синтезом или же взяты из имеющихся архивов фармкомпаний.
После обнаружения нескольких десятков активных соединений-хитов, их подвергают более глубокому анализу, например, изучению зависимости «структура — активность» и установлению структурных фрагментов, несовместимых с крупномасштабным химическим синтезом. Структуры отобранных соединений продолжают варьировать для улучшения биологической активности (основной и побочной) и физико-химических свойств (растворимость, прохождение через мембраны, метаболизм и т. д.) Основными факторами на данном этапе являются способность фармакофора связываться с биологической мишенью (определяется трехмерной структурой и взаимным расположением активных центров), фармакокинетика и фармакодинамика молекулы и ее токсикологический профиль (устойчивость к нежелательному метаболизму, отсутствие гено-, гепато- и сердечной токсичности). Наиболее перспективные «хиты» (обычно 2-3) переходят в разряд «лидов» (англ. lead) и отправляются на токсикологические и, в дальнейшем, клинические испытания.
На стадии клинических испытаний отобранные лекарства-кандидаты (лиды) впервые вводятся в организм человека и их активность всесторонне изучается на небольших группах добровольцев (обычно от 10 до 3000 человек, в зависимости от заболевания и фазы испытаний). Этот сложный процесс проходит под строгим контролем в несколько стадий, т. н. фаз:
Клинические и доклинические испытания требуют большие количества тестируемых веществ (от нескольких сотен грамм до десятков килограмм), которые значительно превышают синтетические возможности лабораторий медицинской химии. Поэтому соединения, отобранные для испытаний, подвергаются повторному ретросинтетическому анализу для установления эффективного и масштабируемого синтеза, а также наиболее эффективной лекарственной формы. Разработка промышленного синтеза — сложный многофакторный процесс, в котором необходимо сбалансировать стоимость производства (реагенты, оборудование, труд), безопасность синтеза для рабочих и окружающей среды, чистоту конечного продукта и стабильность лекарственной формы при хранении. Эти требования регулируются согласно т. н. правилам GMP (англ. Good Manufacturing Practice; надлежащая производственная практика).
Исследование, описанное в статье про медицинская химия, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое медицинская химия и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Неорганическая химия
Комментарии
Оставить комментарий
Неорганическая химия
Термины: Неорганическая химия