【行業(yè)新聞】當(dāng)心你的化學(xué)試劑

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時間：2017-09-13 12:04

Stefan Knapp的研究結(jié)果讓他感覺自己像在坐翻滾過山車。德國法蘭克福大學(xué)藥劑學(xué)家Knapp和同事鑒別出一種使腫瘤生長的重要蛋白。他們還發(fā)現(xiàn)了一種可以限制該蛋白的類似藥物的分子。他們購買了更多的化合物做進(jìn)一步實驗，但這一次結(jié)果并不理想。隨后，他們從另一家供應(yīng)商處買了同樣的藥物，但實驗結(jié)果甚至比第一次還要好。

結(jié)果表明，出現(xiàn)問題的分子是對映體;彼此之間成鏡面效應(yīng)但性質(zhì)卻不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)，如左手和右手的手套。Knapp發(fā)現(xiàn)，供應(yīng)商銷售的兩種化合物中所包含的對映物比例不同，在該團(tuán)隊的文章中，僅有左手性的對映體是有效的。（具有諷刺意味的是，右手性的版本是肺癌藥物克里唑蒂尼的有效形式，它會以不同機(jī)制發(fā)揮作用）

奧地利維也納分子醫(yī)學(xué)研究中心系統(tǒng)生物學(xué)家、該研究領(lǐng)導(dǎo)人之一Guilio Superti-Furga說，該團(tuán)隊的驗證工作說明了化學(xué)試劑可能是阻礙生物學(xué)實驗的諸多途徑之一。在一些情況下，科學(xué)家并不知曉他們手中有什么樣的化學(xué)物質(zhì)。而在另一些情況下，分子效應(yīng)比實驗認(rèn)為的更加籠統(tǒng)。;這兩個問題加在一起就會降低利用化學(xué)物質(zhì)探索生物學(xué)的精彩的潛在影響。Superti-Furga說。

美國加州斯克里普斯研究所免疫學(xué)家和化學(xué)家Kim Janda用更直白的語言描述了這個問題：如果你不注意化學(xué)，那么化學(xué)就會咬傷你！

化學(xué)的咬痕;

在細(xì)胞生物學(xué)的所有領(lǐng)域，研究人員都需要依賴化學(xué)試劑。其中一個用處是將其作為解剖一個蛋白質(zhì)功能的工具化合物或化學(xué)探針。例如，與用遺傳技術(shù)抑制一種專效酶相比，用小分子限制一個具體的酶會提供蛋白質(zhì)生物學(xué)更加精細(xì)的線索。在化工庫里有時也會收集一些化合物，它們在那里被大規(guī)模檢查，以期發(fā)現(xiàn)有用的試劑和藥物。

在兩種情況下，混合物、雜質(zhì)和意料之外的活動會讓沒有疑心的科學(xué)家像趕野鴨子一樣白忙活一番。過去幾年，科學(xué)家已經(jīng)在多篇文章中對基于化學(xué)物質(zhì)的人工制品提出了預(yù)警，但他們認(rèn)為這些問題仍然并不廣泛。一些網(wǎng)上資源可以提供幫助。專家策劃的;化學(xué)探針門戶;（www.chemicalprobes.org）網(wǎng)站對100多種工具化合物做了評估。探針和藥物淘金者門戶;（www.probes-drugs.org）收集了可以公開獲得的信息，以幫助研究人員選擇使用哪些化學(xué)物質(zhì)。

實際上，評估研究人員購買的化學(xué)物質(zhì)的質(zhì)量并不容易。試劑經(jīng)常含有合成的副產(chǎn)物，或是試劑降解形成雜質(zhì)。馬薩諸塞州布羅德研究所帶領(lǐng)高通量檢測組的化學(xué)專家Josh Bittker和團(tuán)隊收集了一個已經(jīng)在臨床試驗中被測試過的化合物庫，他們發(fā)現(xiàn)了這種化學(xué)污染存在的程度有多高。

讓他們吃驚的是，在該團(tuán)隊驗證的8584個分子中，有近29%的分子沒能通過質(zhì)量控制。在一些批次的試劑中，雜質(zhì)含有量達(dá)到15%甚至更高。通常，來自同一個供應(yīng)商的另一個制造批次的材料會通過審核，尤其當(dāng)提供的是干粉末而非溶液時（這種形式更方便用于實驗但卻容易分解）。

問題可能更加嚴(yán)重。Bittker的檢測通過分子重量評估了化合物，因此并未檢查樣本是否含有多種同分異構(gòu)體——擁有同樣化學(xué)成分但不同原子序列的分子。

復(fù)雜的結(jié)構(gòu)

分子化學(xué)家可能會說，藥物大小的分子可能存在的結(jié)構(gòu)比宇宙中的恒星還要多。其中，商販可能會出售1000多萬種化合物。尋找特定分子的研究人員可能需要跟蹤專門的供應(yīng)商，從其他感興趣的研究人員那里得到供貨，或者預(yù)定合成化合物。然而，如果一個分子的生物學(xué)活動在一篇備受關(guān)注的文章中被報告，特別是如果它已經(jīng)通過了臨床試驗，銷售它的商家可能會有十來家甚至更多。制藥公司有時會授權(quán)售貨商生產(chǎn)或分發(fā)其藥品的試劑級版本，這會帶來更加可靠的試劑，但也意味著更高的價格。

在一個臭名昭著的案例中，有近20家供應(yīng)商提供一種叫作博舒替尼的已獲批癌癥藥物，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)它們實際上銷售的僅是一種相關(guān)結(jié)構(gòu)，其化學(xué)基團(tuán)排錯了。博舒替尼和另一種結(jié)構(gòu)均連接著一組細(xì)胞信號蛋白，但其功效卻不同，因此這種混合物使數(shù)十篇文章受到質(zhì)疑。

德國多特蒙德Taros合同研究組織首席執(zhí)行官Dimitrios Tzalis建議，從有聲譽的供應(yīng)商處購買試劑，而非為了省錢從未經(jīng)來源證實的供應(yīng)商那里購貨。價格少可能意味著代價高。他說有時，文獻(xiàn)也會帶來困惑。當(dāng)英國牛津大學(xué)生化學(xué)家Kilian Huber看到一種叫作SCR7的酶抑制劑能夠促進(jìn)CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)之后，他決定在實驗室中進(jìn)行嘗試。最終他們放棄了該實驗，因為他的研究生不能合成一種可匹配所報告結(jié)構(gòu)的化合物。

懷疑非常重要，明尼蘇達(dá)大學(xué)藥物化學(xué)研究員Nick Levinson說，他在博士后期間曾花費數(shù)月研究博舒替尼如何綁定其蛋白質(zhì)目標(biāo)，但最終卻表示他研究的博舒替尼根本未起作用，很多其他研究該化合物的研究人員也是如此。我在實驗室中最大的一個不同之處是，我會更加懷疑實驗結(jié)果。如果我們得到任何看起來像是錯誤的或是令人吃驚的結(jié)果，我們頭腦中冒出的第一個想法會是或許化合物不正確。Levinson說。

不純的產(chǎn)品

英國倫敦癌癥研究所所長Paul Workman建議，任何時候在使用一種新化學(xué)探針時，研究人員都至少應(yīng)該用兩篇文章驗證其特性，或是尋找能夠分辨它的同行求助。我們在嘗試教育生物學(xué)界更加尊重對化學(xué)知識的需求。他說，一名好的生物學(xué)家在開展一些控制組實驗之前絕不會使用一種抗體，或是從一名同事那里拿來一個克隆基因而不加測序就使用它。他們同樣應(yīng)該在用質(zhì)譜儀、核磁共振或其他方法對一個化學(xué)探針進(jìn)行仔細(xì)測試之后再使用它。

即便是所提供的化學(xué)物質(zhì)含有正確的化合物，用它得到的結(jié)果也未必正確。很多時候，一瓶試劑的問題是從打開瓶子后開始的。達(dá)姆施塔特Merck KgaA公司生命科學(xué)試劑部門主任Heather Holement說，反復(fù)冷凍和解凍會讓化合物性能下降，一些化學(xué)物質(zhì)在冷凍時根本不穩(wěn)定。有時，溶解在有機(jī)溶液中的化學(xué)物質(zhì)在加入基于水的環(huán)境中（如在細(xì)胞和蛋白質(zhì)化驗中）時也會析出溶液。她建議，研究人員應(yīng)該考慮到試劑批次的質(zhì)量，并經(jīng)常用單獨的溶劑進(jìn)行控制組實驗。他們還可以通過不用細(xì)胞或蛋白質(zhì)進(jìn)行分析排除一切錯誤信號。

有時，一種化合物的明顯活動實際上是因為攜帶它的交通工具。澳大利亞墨爾本莫納什大學(xué)血液病學(xué)者Jake Shortt跟蹤了一個常見的做法，將抗癌藥物溶解在一種叫作NMP （n-甲基吡咯烷酮）的溶劑中，然后將其注射到小鼠體內(nèi)，他們吃驚地發(fā)現(xiàn)在注射了該溶劑卻不含有任何測試化合物的控制組中居然看到了腫瘤應(yīng)答。那些數(shù)據(jù)表明，NMP本身就有抗癌活性，Shortt正開始在臨床上測試它。但他表示，其他人依然將NMP當(dāng)作一種所謂的惰性液體使用。

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