大自然的恩赐:从天然产物中重新发现抗癌新药

从天然产品中挖掘新的抗癌药物的线索,正受到癌症登月计划资助的新NCI计划的推动。

是从一种海鞘或海鞘中提取的提取物,目前正在研究其杀死癌细胞的潜力。

的功劳:国家癌症研究所

大多数人都不希望在研究实验室里找到绞肉机。但是,根据Tanja Grkovic博士的说法,它是研磨冷冻海洋生物的完美工具。

“它真的能做到!她说,

Grkovic博士,克罗地亚出生的化学家,应该知道。作为自然产品支持小组的一名资深科学家,她在过去几年中一直密切参与改进分析自然产品的过程,从海洋生物到土壤真菌,再到植物叶子,看看其中的化合物是否可能是新抗癌药物的出发点。(自然产品支持小组是弗雷德里克癌症研究国家实验室的一部分,该实验室是NCI赞助的承包商运营设施。)

这项工作是一项雄心勃勃的、癌症月球计划资助的计划的一部分,称为NCI自然产品发现计划(NPNPD),为了让其他研究人员更容易挖掘自然资源,寻找新的抗癌药物的线索。

这个故事的很大一部分发生在马里兰州弗雷德里克市的NCI校园,NCI自然产品分公司破旧的家中。

在参观大楼时,格尔科维奇博士展示了冷冻室,里面装满了从全球各地采集的天然产品样本,一直以来,她都在解释将这些样本从原始状态转换为条形码试管中几克物质的高度复杂过程,她说:

天然产物几十年来一直是药物发现的基石。据估计,半数以上的抗癌药物和抗生素来自于天然产物中发现的一种化合物。

紫杉醇(Taxol),例如,最常用的化疗药物之一,来自太平洋紫杉树的树皮;青霉素,最早的抗生素之一,来自霉菌;以及从真菌中发现的化合物中降低胆固醇的药物。

然而,自然产品部门的负责人Barry O’Keefe博士解释说,尽管有着令人印象深刻的业绩记录,但自然产品作为新药发现的来源已经不受欢迎。这在很大程度上是因为需要花费大量的时间和精力,从一点藻类或一小块树皮变成一种可以测试其杀死癌细胞能力的化合物奥基夫博士说:“人们不想再使用天然产品了,这太有挑战性了。”。相反,许多研究人员和制药公司现在主要依靠人工合成化合物的大型“库”来发现癌症药物。

,但考虑到2015年在自然界发现的巨大潜力和无与伦比的化学多样性,NCI领导层决定,该研究所应努力鼓励研究界重新发现自然产品。NPNPD成立不久,奥基夫博士说:

“我们知道这将是一项艰巨的任务。”。“但如果我们这么做,我们认为,它可以改变一切。”

是一个国宝

,始于20世纪80年代中期,天然产品分公司坐落在NCI位于德特里克堡(Fort Detrick)的校园内,这是弗雷德里克的一个现役军事基地,共收集了100多件,来自全球25个热带和亚热带国家,从马达加斯加森林到泰国沿海水域的1000个植物和海洋生物样品。

“想法是捕捉物种的巨大多样性,”Grkovic博士说。

样品是通过合同安排收集的,通常与研究和保护自然世界的组织合作,如国际和国家植物园和海洋科学研究所h用于天然产物粗提物的分离,获得国家癌症研究所

的荣誉。实验室的中心是一个巨大的拱顶状储藏室,最终将容纳100多万个条形码试管,其中含有140多个组分,NCI收藏的1000种原油提取物。温控储藏室中的

是一个大型机械臂,可以在40英尺长和15英尺高的房间内移动,奥基夫博士说,从数千个定制设计的架子上快速拔出管子,架子从地板到天花板都堆放在架子上。

这一设施是NPNPD工作人员开发和提炼天然产品粗提物分离工艺的试验场。这项工作将过去长达数月、大部分是手工操作的过程简化为现在高度自动化的过程,并且可以在几周内完成。

“我们通过各种方法处理每种来源材料海洋、植物、微生物如何最好地进行这种材料的净化,以及如何最好地实现自动化“这一过程,”他说,

这一努力扩展到了试管中准备用于筛选的部分的过程。在几天内,这些试管中的样品可以进行额外的加工(更多的机器人),最终在带有数百个凹坑的微型板上卷绕,或者在每一个带有几毫升不同组分的孔上卷绕,然后送到一个要求的实验室,准备进行测试。

在一月底,NPNPD完成了第一个订单

“我们对来自世界各地的大型学术实验室和研究人员感兴趣,”奥基夫博士说,

不仅仅是一个供应室

和NPNPD的预萃取过程一样高效,它们的组成部分仍然有些复杂。根据NPNPD的测试,Grkovic博士解释说,平均来说,预提取的样品含有大约20种活性化合物。

,所以如果高通量屏幕确实显示被测试的一部分杀死了乳腺癌或白血病细胞,奥基夫博士说,要分离出负责细胞杀伤活性的化合物,还需要几轮测试。

npd有能力和专业知识来进行这些额外的分析,NPNPD的科学家们可以利用液相色谱-质谱和核磁共振光谱等技术,在数周内,通过筛选实验室鉴定出一种活性化合物,并确定其精确的化学结构。如果研究人员想了解这种化合物是如何杀死癌细胞的,或者想为了进一步的研究和药物开发而修改或优化这种化合物,那么这些信息是很重要的,我们现在掌握了一种化合物的化学结构,从粗提取物中只需两步,Grkovic博士说:

后院公民科学

NPNPD的一个重点领域是寻找由土壤中发现的微生物和真菌产生的抗癌化合物。

这个决定是从一个传播的社交媒体帖子中证实的。2015年3月,流行社交媒体网站Reddit的一名用户发布了俄克拉荷马大学公民科学土壤收集项目的消息,以及该项目利用来自全国各地后院的“泥土”来发现新药的目标。帖子着火了,在接下来的几周和几个月里,该项目被来自美国各地的后院土壤样本淹没。

俄克拉荷马大学的公民科学土壤收集项目使用Cheerios早餐麦片种植或培养真菌。

信贷:经Robert Cichewicz许可使用,博士

面对的样本比他知道该怎么做的还多,项目负责人罗伯特H.西切维奇博士与奥克博士有联系

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