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Química
COMBINATÓRIA:
GERAÇÃO DE DIVERSIDADE ESTRUTURAL
O desenvolvimento de novos fármacos tem sido uma das áreas de pesquisa
mais concorridas nas últimas décadas, não somente por ampliar o combate
a várias doenças que afligem o ser humano, mas também por envolver transações
financeiras gigantescas.
Uma nova droga demora mais de 10 anos para ser desenvolvida e custa
em média US$ 500 milhões, porém após chegar às prateleiras das farmácias
ela pode render de US$ 4 a 5 bilhões aos seus fabricantes. Tradicionalmente,
o processo de descobrimento de novos fármacos vem da utilização de produtos
naturais como fonte de substâncias ativas e da síntese em laboratório
de diversas classes de compostos. Entretanto, os avanços crescentes
da Biologia Molecular na identificação de novos alvos farmacológicos
(receptores, enzimas) e o grande desenvolvimento alcançado nos testes
biológicos (high-throughput screening) diminuiu muito o tempo e as quantidades
necessárias para uma análise. Isto gerou um aumento da demanda por compostos
orgânicos para serem submetidos aos testes, ou seja, a Química Orgânica
tornou-se o "gargalo" do processo. Neste contexto a técnica da Química
Combinatória se desenvolve, aparecendo como uma metodologia capaz de
suprir esta demanda através da síntese de um grande número de compostos
orgânicos.
TÉCNICAS DE GERAÇÃO DE BIBLIOTECAS COMBINATÓRIAS
QUÍMICA
COMBINATÓRIA:
o que é? |
| Diferente
da Síntese Orgânica tradicional que objetiva a preparação e
isolamento de cada composto individualmente, a Química Combinatória
sintetiza um conjunto grande de compostos análogos ao mesmo
tempo, na forma de misturas conhecidas como bibliotecas combinatórias
(libraries). Basicamente, a Química Combinatória pode ser realizada
em solução ou através do uso de reações em fase sólida (solid
phase synthesis, SPS). As reações em solução possuem a vantagem
de serem realizadas em condições mais familiares ao químico orgânico
(reações ocorrem em meio homogêneo), mas são restritas apenas aquelas
onde a formação de sub-produtos é mínima e os rendimentos são elevados.
Por outro lado, a utilização de reações em fase sólida facilitou
o crescimento da Química Combinatória, pois os produtos ficam covalentemente
ligados ao suporte, podendo ser facilmente separados de excessos
de reagentes e sub-produtos por simples filtração e lavagem. Isto
simplifica muito os procedimentos reacionais, eliminado as
fases de purificação e isolamento dos produtos e possibilitando
também a utilização de grandes excessos de reagentes, a fim de se
obter maiores rendimentos e garantir que as etapas reacionais sejam
mais efetivas. Entretanto, a dificuldade de caracterização e acompanhamento
das reações e, principalmente, o fato da maioria das condições reacionais
utilizadas em Síntese Orgânica não terem sido aplicadas ainda em
fase sólida (e sim em soluções), são algumas das restrições que
este método apresenta. As metodologias sintéticas clássicas da química
em solução (reações de condensação, Diels-Alder, Grignard, Wittig,
etc.) estão sendo neste momento desenvolvidas para a química em
fase sólida, devido à importância que esta técnica representa para
a Química Combinatória. Apesar do descobrimento de fármacos ter
sido o primeiro objetivo da maioria dos pesquisadores em química
combinatória, outras aplicações podem ser encontradas, principalmente
no desenvolvimento de novos materiais e catalisadores. |
| COMPARAÇÃO
DE CUSTOS |
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QUÍMICA:
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Tradicional
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Combinatória
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Compostos
Químicos
por
/DIA
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4
|
3.300
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Custo
Total
(US$)
|
30.000
|
40.000
|
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Custo
por Composto
(US$)
|
7.500
|
12
|
O
sucesso da Química Combinatória é ainda incerto, pois nenhum fármaco
foi descoberto ainda por métodos combinatórios, apesar de vários
estarem em desenvolvimento e já apresentarem redução considerável
de custos e de tempo. Nessa direção, vale lembrar alguns indicadores
que apontam para a Química Combinatória como uma das áreas mais
importantes na Química do próximo milênio. Ou, pelo menos, como
umas das áreas da Ciência que receberão os maiores financiamentos.
As ações de empresas voltadas para a preparação de bibliotecas combinatórias
vêm batendo recordes seguidos de valorização nas Bolsas de Valores
internacionais. Há quem diga que vários PhD's e Pós-Doutorandos
que começaram a trabalhar há menos de 10 anos com "CombChem", hoje
se tornaram mega-produtores de bibliotecas combinatórias e passeiam
dirigindo Ferraris e BMW's... |
| PERSPECTIVAS |
| Pesquisas
acadêmicas e industriais na área de Química Combinatória vêm se
proliferando espantosamente pelo mundo nos últimos anos. A Química
Combinatória tem se utilizado das mais modernas técnicas disponíveis
na procura por resultados biológicos de interesse para a indústria
de fármacos. Dessa forma, qualquer desenvolvimento de novas tecnologias
nas áreas de automação, análises espectroscópicas e testes biológicos
leva à aplicação imediata na Síntese Combinatória, gerando processos
cada vez mais eficientes, rápidos e baratos. É importante também
ressaltar que a Síntese Orgânica tradicional ainda é fundamental
para o desenvolvimento da Química Combinatória, uma vez que o surgimento
de novas metodologias de síntese (além da adequação das já existentes
para a fase sólida), são fatores imprescindíveis ao sucesso deste
novo processo de geração de diversidade estrutural. |
Síntese em Solução (Método Matricial)
FIG.1
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A técnica
de Síntese Combinatória em solução pode ser exemplificada através
da reação entre cloretos de ácido e compostos hidroxílicos (álcoois, fenóis,
etc.), gerando bibliotecas de ésteres (FIGURA
1). A estratégia consiste em se reagir um pequeno excesso de
cada cloreto de ácido com a mistura de todos os compostos hidroxílicos
em quantidades equimolares, resultando então na preparação de um conjunto
de ésteres (GRUPO 1). Procedimento análogo é realizado com os compostos
hidroxílicos, reagindo-se um pequeno excesso de cada um destes com a mistura
equimolar dos cloretos de ácido (GRUPO 2). Após realizar os testes biológicos
com cada uma das misturas, as informações obtidos nos GRUPOS 1 e 2 são
cruzadas, e os compostos mais ativos são identificados.
Síntese Através da Metodologia Misturar e Dividir (Mix and Split):
Uma amostra da resina (fase sólida) é dividida em porções x iguais e cada
parte é colocada com um único reagente diferente (A, B e C). Depois de
completada a reação e lavada a fase sólida para tirar excessos, as partes
são combinadas, misturadas e novamente divididas em partes iguais (misturar
e dividir). A reação de cada uma destas com uma nova série de reagentes
(D1, D2 e D3) leva à síntese de todos os compostos diméricos possíveis
(como misturas) e o processo pode ser repetido o número de vezes que se
achar necessário.
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A FIGURA 2 mostra um
processo 3x3x3, que leva à síntese de 27 compostos diferentes. Cada
uma das 3 misturas formadas, contendo 9 compostos cada, é testada quanto
à sua atividade biológica. A atividade em qualquer uma das misturas
irá revelar uma parte do composto ativo, já que o último fragmento acoplado
é comum a toda a mistura. A partir da mistura mais ativa promove-se
a síntese dos componentes desta mistura, já descartando todos os 18
componentes dos potes onde a atividade não foi detectada. Para isto
realiza-se o acoplamento individual das três misturas de compostos diméricos
com o último fragmento que apresentou atividade (deconvolution). A mistura
mais ativa obtida revelará qual é o segundo fragmento importante. Por
fim, a síntese individual dos três compostos variando-se o primeiro
fragmento revelará qual é o composto mais ativo.
Síntese de Bibliotecas de Benzodiazepinas
A química combinatória foi utilizada inicialmente na síntese de bibliotecas
muito grandes de oligômeros biológicos, como peptídeos e oligonucleotídeos.
Entretanto, devido à baixa potencialidade de peptídeos e outros polímeros
naturais de agirem como fármacos (rápida degradação por enzimas, impossibilidade
de administração via oral), a Química Combinatória voltou-se
para a síntese de moléculas orgânicas pequenas (peso molecular menor
que 500 g/mol), já que esta é a classe de compostos de onde a maioria
das drogas de sucesso tradicionalmente aparecem. Em um estudo pioneiro,
Ellman (então com pouco mais de trinta anos) criou em 1991 a primeira
biblioteca combinatória de 1,4-benzodiazepinas, uma das classes
mais importantes de agentes terapêuticos (p. ex., VALIUM, DIAZEPAN).
A construção da biblioteca está baseada em três componentes: 2-amino-benzofenonas,
aminoácidos e agentes alquilantes (FIGURA 3).
Inicialmente a benzofenona
1 se liga ao suporte sólido por meio do seu fragmento fenólico, seguindo-se
a desproteção do grupo amino em 2 e N-acilação gerando a aminocetona
3. Subsequente N-desproteção e tratamento ácido fornece a diazepinona
4, que é então alquilada para 5 e finalmente clivada do suporte, produzindo
derivados de diazepinas contendo diferentes substituintes.
Através
desta metodologia, bibliotecas combinatórias de 192, 1.680 e 11.200
benzodiazepinas foram preparadas. Várias outras bibliotecas de moléculas
pequenas de interesse farmacológico têm sido preparadas através da Síntese
Combinatória, como 1,4-benzodiazepin-2,5-dionas, compostos "b-turn"
miméticos, ácidos arilacéticos, inibidores de protease e b-lactamas.
Colaborou:
Prof. Marcus Sá - Departamento de
Química/UFSC
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criação:
