佛罗里达州立大学的一位化学家开发出一种方法，能够快速合成结构复杂的天然分子，这些分子在生物医学领域具有应用潜力，为基于该分子结构的新型药物疗法开辟了道路。
华纳·赫兹化学与生物化学副教授詹姆斯·弗雷德里奇（James Frederich）及其团队首次完全合成了fusicoccadiene，这是一种新兴癌症化疗药物的前体。他们的研究成果近期发表在《美国化学会志》上。
“弗雷德里奇实验室专注于合成结构复杂的天然产物，我们相信这些产物具有特殊的转化潜力，尤其是在医学领域，但目前尚无法以实用方式获取，”弗雷德里奇表示，“我们通过扩展现有的化学方法并开发全新的方法，从零开始构建复杂结构。”
生物分子（即蛋白质、脂质等分子在维持生命细胞过程中所起的关键作用）的功能直接由其结构决定。通过研究自然界中结构复杂的物质——例如产生fusicoccadiene的真菌fusicoccum amygdali——科学家可以改变分子，进而将这些化学结构转化为药物发现的起点。
它是什么
Fusicoccadiene是fusicoccane类分子的烃类前体，这类分子源于真菌，在生物医学应用中具有巨大潜力。包括fusicoccin A和cotylenin A在内的几种fusicoccane类物质，可通过使癌细胞对内在细胞死亡机制敏感，从而诱导癌细胞死亡。
尽管fusicoccadiene的结构——一个5-8-5环系统——在转化为新型药物疗法时至关重要，但它也极其复杂，难以在实验室中合成。该系统由两个五元环与一个构成分子核心的中央八元环稠合而成。
“实现fusicoccadiene的合成蓝图非常具有挑战性，”弗雷德里奇说，“这项合成是近十年间多个博士论文项目的成果。化学合成需要学生和首席研究员都具有极大的决心，也需要特殊的创造力。”
如何合成
弗雷德里奇实验室用于制备fusicoccadiene的合成技术包括：利用光促进化学过程，将多烯前体的一种化合物转化为另一种化合物。分子生成后，研究人员进行修饰，使其能够在精确的特定位置改变分子结构，从而产生所需的化合物和特定的空间排列，进而获得不同的功能和应用。
“我们没有为特定目标终点设计分子，而是构想了一种组装方案，能够捕获新的、非天然的物质量，用于该分子的未来迭代，从而应用于医学领域，”弗雷德里奇表示，“我们的方法侧重于在分子形成的早期阶段直接构建5-8-5核心结构。然后，我们利用一系列特定的反应，在结构的周边装饰各种功能基团。”
初始分子（一种多烯前体）经过七个步骤的多种化学过程，最终转化为具有显著医学应用潜力的fusicoccadiene。
其重要性
尽管将实验室新合成的分子转化为可供患者使用的治疗方法可能需要数年时间，但像弗雷德里奇这样的实验室承担了关键的第一步：测试各种结构、实现特定功能，并改变天然分子，从而为未来有效药物的开发奠定基础。
“弗雷德里奇博士的研究催化了我们系在天然产物和合成有机化学领域传统优势的传承，并将我们丰富的历史与令人兴奋的新分子生物设计倡议联系起来，为FSU的药物发现打造了一个充满活力、长期追求的现代化平台，”化学与生物化学系主任魏阳（Wei Yang）说道。
这项工作得到了美国国立卫生研究院下属的国家普通医学科学研究所的资助以及华纳·赫兹捐赠基金的资助。
FSU Health将研究人员、教育工作者和临床合作伙伴汇聚在一个框架下，以改变佛罗里达州的健康与医疗保健。更多信息请访问 fsuhealth.fsu.edu。
关于弗雷德里奇的工作以及化学与生物化学系开展的研究的更多信息，请访问 chem.fsu.edu。
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