สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพและผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ

สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพและผลิตภัณฑ์ธรรมชาติเป็นสารเคมีที่ผลิตโดยสิ่งมีชีวิต — พืช, เชื้อรา, จุลินทรีย์ และสิ่งมีชีวิตในทะเล — ซึ่งแสดงผลทางชีวภาพที่วัดได้ และในอดีตเป็นแหล่งที่มาหลักของยา การศึกษาเภสัชเวทในสาขานี้เกี่ยวข้องกับการค้นพบ, การแยก, การจำแนกลักษณะ และการเชื่อมโยงสารประกอบดังกล่าวเข้ากับฤทธิ์ทางชีวภาพ ซึ่งเป็นการเชื่อมโยงเคมีของผลิตภัณฑ์ธรรมชาติเข้ากับเภสัชวิทยา

Definition

ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติคือเมแทบอไลต์ทุติยภูมิที่สังเคราะห์โดยสิ่งมีชีวิตซึ่งไม่จำเป็นต่อเมแทบอลิซึมปฐมภูมิ; สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพคือสารที่ก่อให้เกิดการตอบสนองทางชีวภาพที่เฉพาะเจาะจงและวัดผลได้ และสารทั้งสองชนิดนี้ร่วมกันเป็นรากฐานทางเคมีส่วนใหญ่ของเภสัชเวทและการค้นพบยาจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ

Scope

สาขานี้ครอบคลุมเมแทบอไลต์ทุติยภูมิกลุ่มหลัก (อัลคาลอยด์, เทอร์พีนอยด์, ฟีนอลิก, ไกลโคไซด์ และอื่น ๆ), กระบวนการทำงานตั้งแต่การแยกโดยอาศัยฤทธิ์ทางชีวภาพไปจนถึงการพิสูจน์โครงสร้าง, และลักษณะฤทธิ์หลักที่ศึกษาในผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ: ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและฤทธิ์, การคัดกรองโดยใช้การทดสอบทางชีวภาพ, และผลต้านจุลชีพ, สารต้านอนุมูลอิสระ และต้านการอักเสบ เนื้อหานี้เป็นข้อมูลอ้างอิงและแนวทางการศึกษา ไม่ใช่คำแนะนำทางการแพทย์

Sub-topics

• สารต้านการอักเสบจากพืช
• สารประกอบต้านจุลชีพจากธรรมชาติ
• สารประกอบต้านอนุมูลอิสระ
• การทดสอบฤทธิ์ทางชีวภาพของผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ
• ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและฤทธิ์ทางชีวภาพ

Core questions

• สารประกอบธรรมชาติประเภทใดที่มักจะมีฤทธิ์ทางชีวภาพมากที่สุด และเพราะเหตุใด?
• โครงสร้างของสารประกอบเชื่อมโยงกับฤทธิ์ทางชีวภาพของมันอย่างไร?
• สารประกอบออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่เป็นไปได้ถูกตรวจพบ, แยก และตรวจสอบความถูกต้องได้อย่างไร?
• ฤทธิ์ต้านจุลชีพ, สารต้านอนุมูลอิสระ และต้านการอักเสบมีบทบาทอย่างไรในการวิจัยผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ?

Key concepts

• เมแทบอไลต์ทุติยภูมิ
• การแยกโดยอาศัยฤทธิ์ทางชีวภาพ
• การพิสูจน์โครงสร้าง
• โครงสร้างหลักทางเคมีและความหลากหลายทางโครงสร้าง
• สารนำ (Lead compound) และการค้นพบยาจากธรรมชาติ
• สารนำทางชาติพันธุ์เภสัชวิทยา

Mechanisms

สิ่งมีชีวิตสังเคราะห์เมแทบอไลต์ทุติยภูมิ — ผ่านวิถีทางชีวสังเคราะห์ เช่น ชิคิเมต, โพลีคีไทด์, เมวาโลเนต และอัลคาลอยด์ — ซึ่งมักจะทำปฏิกิริยากับโมเลกุลชีวภาพขนาดใหญ่ในสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ทำให้เกิดฤทธิ์ทางเภสัชวิทยา การค้นพบมักจะดำเนินไปโดยการแยกส่วนโดยอาศัยฤทธิ์ทางชีวภาพ: สารสกัดหยาบจะถูกทดสอบในการทดสอบทางชีวภาพ จากนั้นจะถูกแยกออกเป็นส่วนย่อย ๆ ซึ่งจะถูกทดสอบซ้ำ ทำซ้ำไปเรื่อย ๆ จนกว่าจะได้สารประกอบบริสุทธิ์ที่มีฤทธิ์และโครงสร้างของมันถูกกำหนดโดยวิธีทางสเปกโทรสโกปี ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติครอบครองพื้นที่ทางเคมีที่อุดมไปด้วยสเตอริโอเคมีและลักษณะ sp3 ซึ่งได้ให้โครงสร้างหลักที่มีประโยชน์ทางคลินิกซ้ำแล้วซ้ำเล่า

Clinical relevance

ยาโมเลกุลขนาดเล็กที่ได้รับการอนุมัติจำนวนมากเป็นผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ หรือได้มาจากหรือได้รับแรงบันดาลใจจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ ดังนั้นสาขานี้จึงเป็นรากฐานสำคัญของการศึกษาเภสัชวิทยาและเภสัชเวทส่วนใหญ่ เนื้อหานี้อธิบายว่าสารประกอบกลายเป็นสารนำ (drug leads) ได้อย่างไร และฤทธิ์ของสารเหล่านั้นถูกจำแนกลักษณะอย่างไร; เป็นแนวทางอ้างอิงและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจในการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

หลักฐานในสาขานี้ส่วนใหญ่เป็นข้อมูลพรีคลินิกและเคมี — รายงานการแยกสาร, ข้อมูลการทดสอบทางชีวภาพ และการวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและฤทธิ์ — โดยมีการสำรวจอย่างเป็นระบบ เช่น Newman และ Cragg ที่ได้ระบุปริมาณการมีส่วนร่วมของผลิตภัณฑ์ธรรมชาติในกระบวนการพัฒนายา การนำไปใช้ทางคลินิกเป็นไปตามเส้นทางกฎระเบียบเดียวกันกับยาตัวอื่น ๆ

History

ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติเป็นแหล่งยาที่สำคัญที่สุดตลอดประวัติศาสตร์ที่บันทึกไว้ส่วนใหญ่ ตั้งแต่ยารักษาโรคที่ได้จากพืชไปจนถึงการแยกมอร์ฟีน, ควินิน และยาปฏิชีวนะในศตวรรษที่ยี่สิบ สาขาที่ทันสมัยนี้ผสมผสานพฤกษเคมีแบบดั้งเดิมเข้ากับการแยกสารด้วยวิธีโครมาโตกราฟีและการกำหนดโครงสร้างด้วยสเปกโทรสโกปี และการสำรวจกระบวนการพัฒนายาได้บันทึกบทบาทที่ยั่งยืนของผลิตภัณฑ์ธรรมชาติซ้ำแล้วซ้ำเล่า แม้จะมีการเพิ่มขึ้นของเคมีสังเคราะห์และเคมีแบบผสมผสานก็ตาม

Debates

ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติถูกแทนที่ด้วยเคมีสังเคราะห์และเคมีแบบผสมผสานในการค้นพบยาแล้วหรือไม่?

แม้จะมีการเปลี่ยนแปลงในช่วงกลางอาชีพไปสู่คลังสารสังเคราะห์ แต่การวิเคราะห์ยาที่ได้รับการอนุมัติแสดงให้เห็นว่าผลิตภัณฑ์ธรรมชาติและอนุพันธ์ของมันยังคงเป็นแหล่งสำคัญและต่อเนื่องของสารเคมีใหม่ ๆ ซึ่งกระตุ้นให้เกิดความสนใจใหม่ในการค้นพบที่ได้รับแรงบันดาลใจจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ

Key figures

• David J. Newman
• Gordon M. Cragg
• Jon Clardy
• Christopher Walsh

Seminal works

• newman-cragg-2012
• cragg-newman-2005
• clardy-walsh-2004

Frequently asked questions

ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติกับสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพแตกต่างกันอย่างไร?

ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติคือเมแทบอไลต์ทุติยภูมิใด ๆ ที่สร้างโดยสิ่งมีชีวิต; สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพคือสารที่ก่อให้เกิดผลทางชีวภาพที่วัดผลได้ ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติหลายชนิดมีฤทธิ์ทางชีวภาพ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงมีความสำคัญต่อการค้นพบยา แต่ไม่ใช่ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติทุกชนิดที่มีฤทธิ์ที่โดดเด่น

เหตุใดผลิตภัณฑ์ธรรมชาติจึงยังคงมีความสำคัญต่อการค้นพบยา?

ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติครอบครองพื้นที่ทางเคมีที่มีความหลากหลายทางโครงสร้างและความซับซ้อนสามมิติที่คลังสารสังเคราะห์มักจะขาดหายไป และการสำรวจยาที่ได้รับการอนุมัติแสดงให้เห็นว่าผลิตภัณฑ์ธรรมชาติและอนุพันธ์ของมันยังคงเป็นแหล่งยาใหม่จำนวนมากอย่างต่อเนื่อง