תרופות פרמצבטיות מסתמכות לרוב על תרכובות כימיות הנמצאות בגוף. קח פוספט, תרכובת נפוצה שתאים משתמשים בה כמתג כימי. בתהליך הנקרא פוספורילציה, תאים יכולים להוסיף פוספט למולקולה ולהפעיל את תפקודו. כאשר הפונקציה אינה נחוצה עוד, תאים יכולים להסיר את הפוספט באמצעות דה-פוספורילציה, ולכבות את המולקולה.
בעוד שמתג פוספט זה הכרחי לתאים, הוא מהווה בעיה משמעותית לתכנון תרופות. לתרופות רבות, במיוחד כאלה המבוססות על תרכובות ביולוגיות, יש פוספט במבנים הכימיים שלהן. תאים יכולים לעשות דה-פוספורילציה של התרופות האלה כשהגוף מעבד אותן, מה שמפחית משמעותית את יעילותן".
הנס רנטה, פרופסור לכימיה, אוניברסיטת רייס
הפתרון לכך, למרות שנחקר היטב, הוא יקר מאוד: תיאופוספט, אנלוגי פוספט שפועל בדומה לפוספט אך קשה הרבה יותר להסרה. הצוות של רנטה פיתח לאחרונה שיטה, שפורסמה ב טֶבַעשמפחית באופן משמעותי את העלות של הוספת thiophosphate למבנים כימיים, ופותח מסלולים חדשים לתכנון תרופות.
"כדי להוסיף thiophosphate למבנה כימי כמו תרופה, אתה צריך להשתמש בתרכובת בשם ATPγS, שהיא מולקולה יקרה מאוד", אמר Xiangyu Wu, מחבר ראשון ועמית בתר-דוקטורט במעבדת רנטה. "בכל פעם שרצינו להוסיף תיופוספט, היינו צריכים להשתמש ב-ATPγS חדש, וכל ATPγS היה יקר מאוד – יקר מכדי להשתמש בכל דבר מלבד הכמויות הקטנות ביותר".
ATPγS הוא אנלוגי של ATP, מולקולה המוסיפה פוספטים למבנים כימיים. עם זאת, בניגוד ל-ATPγS, חוקרים פיתחו שיטות למיחזור ATP, מה שמפחית מאוד את העלות של כל זרחון. בגישה זו, במקום לדרוש מולקולה אחת עבור כל אירוע זרחון, ניתן להשתמש בכל מולקולת ATP שוב ושוב.
"מכיוון ש-ATP ו-ATPγS כל כך דומים, החלטנו לראות אם נוכל להתאים את תהליך מיחזור ה-ATP ל-ATPγS", אמר יו פו, סטודנט לתואר שני במעבדת רנטה ומחבר ראשון. "מסתבר שעם האנזימים הנכונים ומולקולת תורם ההקרבה הנכונה, אתה בהחלט יכול למחזר ATPγS."
תהליך המיחזור שלהם דורש רק כמות קטנה של ATPγS כדי להוסיף תיאופוספטים למספר רב של תרכובות כימיות, מה שמפחית מאוד את העלות של כל תגובה. וזה גמיש: החוקרים יכולים להתאים את התהליך כדי להוסיף תיאופספטים לסוגים שונים של מבנים כימיים ובנקודות שונות.
"הצלחנו להשתמש בתהליך הזה כדי להוסיף תיופוספטים בזול למספר סוגים שונים של תרופות, ממולקולות קטנות ועד מקרומולקולות", אמרה רנטה. "יש לנו תוצאות ראשוניות מרגשות שמצביעות על יצירת מחלקה של תרופות הנקראות אוליגונוקלאוטידים אנטי-סנס, הנשענות במידה רבה על פוספטים. שיטת המיחזור שלנו עשויה להוביל לדרך יעילה וחסכונית יותר להכנת תרופות אלו, המשמשות לרוב לטיפול במחלות גנטיות".
עבודה זו מומנה על ידי ה-American Chemical Society Green Chemistry Institute, מענק מחקר שולחן עגול לתרופות, Welch Foundation (C2159), והמכון למניעת סרטן ולמחקר של טקסס (RR220087).
