جدول المحتويات
مقدمة
في تطوير الأدوية قبل السريرية، يدور كل شيء حول فهم التفاعلات الجزيئية. وسواءً كانت التفاعلات بين البروتين والرباط، أو الارتباط بين الأجسام المضادة والمستضدات أو التفاعلات بين الإنزيمات والمثبطات – بالنسبة لاختيار المكونات النشطة الصيدلانية الحيوية وتحسينها، لا يتعلق الأمر فقط بما إذا كان الجزيء يرتبط، ولكن بمدى جودة وقوة وسبب ارتباطه.
وهنا بالضبط يأتي دور مسعر المعايرة بالمعايرة الحرارية المتساوية (ITC ): وهي طريقة خالية من الملصقات تعمل في المحلول لتحديد تقارب الارتباط, الإنثالبي (ΔH) يمكن تحديد الانتروبي (ΔS) والطاقة الحرة (ΔG) وقياس التكافؤ في تجربة واحدة. وهذا يجعل من الممكن توصيف التفاعلات ليس فقط من الناحية النوعية، ولكن أيضًا من الناحية الديناميكية الحرارية بالكامل – وفي ظل الظروف الفسيولوجية تقريبًا.
ويُعدّ مركز تكنولوجيا المعلومات أداة قوية لموظفي المختبرات المشاركين في توصيف المواد البيولوجية أو العلاجات الببتيدية أو البروتينات المؤتلفة. في مراحل الفحص المبكرة، يسمح بالتعرف السريع على الجزيئات النشطة الملزمة. وفي وقت لاحق، يساعد على تحسين التركيبات أو التحقق من صحة أنظمة المخازن المؤقتة أو تقييم معايير الاستقرار الحرجة.
تستهدف هذه المقالة أي شخص يعمل على المكونات الصيدلانية الحيوية النشطة في المختبر – سواء في الجامعات أو الشركات الناشئة أو شركات الأدوية القائمة. نوضح كيف يعمل مركز تكنولوجيا المعلومات والاتصالات، ومتى يتفوق على الطرق الأخرى وما تحتاج إلى البحث عنه للحصول على أفضل النتائج من كل تجربة.
كيف يعمل مركز التجارة الدولية - وسبب أهميته البالغة
يُعد مسعر المعايرة الحرارية المتساوية (ITC ) أحد الأساليب الفيزيائية الحيوية القليلة التي تقيس مباشرةً الحرارة المنطلقة أو الممتصة عند ارتباط جزيئين. وعلى النقيض من الطرق الطيفية أو القائمة على التوسيم مثل التحليل الطيفي برنين البلازمون السطحي (SPR) أو MST (الرحلان الحراري المجهري)، يعمل مسعر المعايرة الحرارية المتساوي الحرارة بدون ملصقات تماماً وفي محلول، مما يجعله جذاباً بشكل خاص للعينات الحساسة أو الأصلية.
ماذا يحدث في أسطوانة القياس؟
المبدأ بسيط ولكنه قوي: يتم إذابة جزيء المحلل (على سبيل المثال بروتين) في خلية مسعر حساسة للغاية. تتم معايرة جزيء الرابط (مثل مثبط أو مستضد) عن طريق حقنة دقيقة – عادةً في 10-20 حقنة صغيرة. في كل مرة ترتبط فيها الجزيئات، يتم إطلاق الحرارة أو امتصاصها. ويتم قياس هذه الحرارة بواسطة الجهاز كنبض حراري.
ما الذي يقدمه مركز التجارة الدولية بالفعل؟
يتم حساب منحنى الربط من التدفقات الحرارية لكل حقنة. وينتج عن ذلك
- ثابت الارتباط (K): يشير إلى مدى قوة الرابطة.
- التغيُّر في الإنثالبي (ΔH): يوضِّح ما إذا كانت الرابطة طاردة للحرارة أو ماصة للحرارة.
- التغير في الإنتروبي (ΔS): يوفر معلومات حول تغيرات النظام في النظام.
- الطاقة الحرة (ΔG): التعبير الديناميكي الحراري المشترك للرابطة.
- متغير التكافؤ (ن): كم عدد الروابط التي ترتبط لكل جزيء مستهدف؟
لا تساعد هذه البارامترات على تحديد الجزيئات الناجحة أو الرائدة فحسب، بل توفر أيضًا معلومات حول ما إذا كانت الرابطة مدفوعة بالانتروبي أو الإنثالبي، وهو أمر بالغ الأهمية للتحسين اللاحق. إن الجمع بين القيمة المفيدة والبساطة والمباشرة الفيزيائية يجعل من تقنية ITC واحدة من أقوى الطرق لتوصيف الترابط الجزيئي – خاصةً عندما يكون فهم الأساس النشط مهمًا.
مركز التجارة الدولية المستخدم: التطبيقات النموذجية في المستحضرات الصيدلانية الحيوية
بالنسبة للكثيرين في المختبر، يبرز السؤال الذي يطرح نفسه: متى يكون استخدام تكنولوجيا المعلومات والاتصالات مجديًا حقًا؟
الإجابة: عندما يكون الهدف ليس فقط الكشف عن الروابط، ولكن فهمها بالتفصيل. لا يوفر قياس المسعر بالمعايرة الحرارية المتساوية قيمًا لثوابت الارتباط للمشكلات الصيدلانية الحيوية فحسب، بل يوفر أيضًا رؤى ديناميكية حرارية عميقة ضرورية لتوصيف المكونات النشطة وتحسينها.
التفاعلات بين البروتين والرباط: الكلاسيكية
في أبحاث العقاقير المبكرة على وجه الخصوص، يتمثل الهدف في تحديد شركاء الارتباط، وتحديد مدى تقاربهم وتحديد ما إذا كانت بنية الدواء الرئيسية تنطوي على إمكانات. يمكن استخدام مركز البيانات الدولي لـ
- اختبار الجزيئات الصغيرة (مثل المثبطات) ضد الإنزيمات أو بروتينات النقل
- التحقيق في المكونات النشطة الببتيدية وارتباطها بالهدف
- الكشف الطاقوي للتغيرات التوافقية أثناء الارتباط
التفاعلات بين الأجسام المضادة والمولد المضاد: فهم التقارب وليس قياسه فقط
تقدم هذه الطريقة نتائج للمواد الصلبة والسوائل وكذلك المساحيق والمعاجين بدقة قياس عالية، مما يجعلها ذات قيمة خاصة لتطوير مواد مبتكرة للإلكترود.
الاعتبارات الخاصة بالمواد وتأثيرات التقادم
يُعد مركز تكنولوجيا المعلومات إضافة قيّمة لتطوير العلاجات القائمة على الأجسام المضادة:
- القياس الدقيق لإنثالبي الرابطة والانتروبي (→ البصمات الديناميكية الحرارية)
- تقييم قياس التكافؤ (مثل الارتباط أحادي التكافؤ مقابل الارتباط ثنائي التكافؤ)
- مقارنة بين متغيرات الأجسام المضادة الأصلية والمعدلة في المخزن المؤقت أو المصل
وهذا لا يتيح فقط اختيار أفضل المرشحين للارتباط، بل يسمح أيضًا باستخلاص استنتاجات حول الحواتم وآليات الارتباط.
تطوير التركيبات: فحص المخازن المؤقتة وتحليلات الثبات
كما يمكن أن يكون المركز الدولي للتكنولوجيا المتكاملة مفيدًا أيضًا بدون ربط الرابطة – على سبيل المثال للتحليل:
- اختيار المخزن المؤقت (على سبيل المثال ما إذا كان المخزن المؤقت نفسه يتفاعل مع البروتين)
- للثبات الحراري من خلال ما يسمى بتجارب “حرارة التخفيف”
- من أنظمة الارتباط الذاتي (مثل التجميع، والازدواجية).
مثال من الممارسة العملية: في إحدى الدراسات، استُخدمت تقنية ITC لاختبار البروتينات المؤتلفة في تركيبات مختلفة. ولم يكشف ذلك عن وجود اختلافات في تقارب الارتباط فحسب، بل كشف أيضًا عن مؤشرات على عدم الاستقرار الهيكلي – قبل وقت طويل من حدوث التكتلات المرئية.
الخاتمة
يوفر مركز البيانات المتكاملة بيانات دقيقة وقوية ومتعمقة لا توفرها الطرق التقليدية في كثير من الأحيان، أو بشكل غير مباشر فقط. ويعني ذلك بالنسبة لمستخدمي المختبر: أداة توفر الوقت وتؤمن التجارب وتتيح اتخاذ قرارات مبنية على أسس سليمة.
الببليوغرافيا
[1] V. Linkuviene, G. Krainer, W.-Y. Chen، D. Matulis، مسعر المعايرة الحرارية المتساوية لتصميم الدواء: دقة قياسات الإنثالبي وثابت الارتباط ومقارنة الأدوات، الكيمياء الحيوية التحليلية 515، 61-64، 2016
[2] H. Su، Y. Xu، تطبيق التوصيف المستند إلى تكنولوجيا المعلومات والاتصالات للرابطة الديناميكية الحرارية والحركية للرباطات مع البروتينات في تصميم الأدوية، حدود في علم الصيدلة 9، 1133، 2018
[3] L. Baranauskiene, T.-C. Kuo, W.-Y. Chen، D. Matulis، المعايرة الحرارية المتساوية للمعايرة الحرارية لتوصيف البروتينات المؤتلفة، الرأي الحالي في التكنولوجيا الحيوية 55، 9-15، 2019
[4] ن. ل. ترولسن، التحليل الديناميكي الحراري للجزيئات فوق الجزيئية بواسطة قياس الحرارة الحرارية المتساوية بالمعايرة الحرارية، أطروحة، 2015، جامعة برلين الحرة
