Bioneorganinės chemijos tyrimai ir medicininis taikymas

Taikymui būtina nurodyti cheminę tapatybę

Metalų junginių naudojimas gydymui ir diagnostikai priklauso nuo konkretaus komplekso, jo virsmų ir veiksmingumo įrodymų apibrėžtomis aplinkybėmis. Elemento pavadinimo, oksidacijos laipsnio ar koordinacinio skaičiaus nepakanka preparatui identifikuoti. Biologinėje sąveikoje taip pat dalyvauja aplinkinė terpė ir molekuliniai taikiniai.

Cisplatina turi cis kvadratinį plokščiąjį [Pt(NH₃)₂Cl₂] išsidėstymą. Pasirinktoje neutralioje formulėje du chlorido ligandai suteikia −2, o du neutralūs amoniako ligandai – nulį, todėl Pt priskiriamas +2 ir formalus d⁸. Yra keturi donoriniai kontaktai. Trans išsidėstymo formulė, krūvis, formalus priskyrimas ir donorų skaičius tokie patys, tačiau du Cl donorai yra vienas priešais kitą.

Idealūs Cl–Pt–Cl kampai yra 90° cis atveju ir 180° trans atveju. Šios bedimensės idealios schemos nėra tikrieji ryšių ilgių matavimai. Vienoda formulė ir elektronų apskaita neįrodo vienodo biologinio atsako ar klinikinio pakeičiamumo. Konkrečių cisplatinos įrodymų negalima perkelti bet kuriam platinos izomerui.

Ligandų mainai gali pakeisti komplekso krūvį be metalo redokso virsmo

Simbolinis pirmasis akvavimo žingsnis yra cis-[Pt(NH₃)₂Cl₂]+H₂O⇌[Pt(NH₃)₂Cl(H₂O)]⁺+Cl⁻. Vieną anijoninį ligandą pakeitus neutraliu vandens ligandu, užrašyto komplekso krūvis padidėja nuo 0 iki +1; išsiskyręs Cl⁻ tą krūvį subalansuoja. Pagal pasirinktą formalų priskyrimą Pt lieka +2.

Simbolinis antrasis žingsnis yra [Pt(NH₃)₂Cl(H₂O)]⁺+H₂O⇌[Pt(NH₃)₂(H₂O)₂]²⁺+Cl⁻. Iš viso išsiskiria du Cl⁻, o užrašyto diakva komplekso krūvis yra +2. Kiekvienas Pt, N, H, O ir Cl atomas bei krūvių suma išlieka. Tai suminės pakeitimo reakcijų apskaitos lygtys, o ne visas molekulinis mechanizmas.

Tikrasis pasiskirstymas priklauso nuo chlorido aktyvumo, protonavimo, kitų ligandų, laiko ir aplinkinės terpės. Vaisto informacijoje aprašomas DNR skersinių jungčių susidarymas, o originaliame struktūros tyrime nagrinėtas Pt prisijungimas prie gretimų guaninų N7 vietų apibrėžtame DNR duplekse. Šis pasirinktas struktūrinis stebėjimas, įskaitant jo paskelbtą pataisą, yra konkretaus adukto įrodymas, o ne visų platinos sąveikų ar visų biologinių rezultatų įrodymas.

Magnetinis rezonansas aptinka aplinkos veikiamą signalą

Klinikinis MRI pirmiausia naudoja signalus, susijusius su vandenilio branduoliais vandenyje ir riebaluose. Kontrastinė medžiaga gali pakeisti relaksacijos elgseną savo aplinkoje; vaizdas nėra tiesioginė metalo atomų nuotrauka. Atitinkamiems matavimams įtakos turi tai, kokia medžiaga yra, jos koordinacinė aplinka ir sąveika su vandeniu.

Konkretus gadolinio preparatas nėra ta pati cheminė dalelė kaip laisvas vandeninis Gd³⁺. Pavyzdžiui, patikrintame gadopiklenolio apraše nurodytas makrociklinis nejoninis kompleksas su keturiais N donorais, trimis karboksilato O donorais ir dviem koordinuoto vandens O donorais: devyni kontaktai toje aprašytoje aplinkoje. Neperkelkite šio skaičiaus ar savybės vertės visiems gadolinio kompleksams.

Buvo tiriamas organizme išlikęs gadolinis ir jo cheminės formos. Išlikusios medžiagos aptikimas yra matavimo rezultatas; konkretaus nepageidaujamo padarinio ar priežasties nustatymas yra atskiras įrodymų klausimas. Žyma „chelatuotas“ neįrodo visuotinio saugumo, o vien išlikimo stebėjimas nenusako kiekvieno preparato elgsenos. Šioje pamokoje neparenkama vaizdinimo medžiaga ir nepateikiama klinikinė procedūra.

Relaksacijos spartos pavyzdžiui reikia vienetų ir sąlygų

Pasirinktiniame išsamesniame išgalvotame modelyje, kai temperatūra 310.15 K ir magnetinis laukas 1.50 T, naudokite R₁=R₁, ₀+r₁c ir T₁=1/R₁. R₁ yra išilginės relaksacijos sparta, išreikšta s⁻¹, T₁ – atitinkama trukmė s, c – pasirinktos medžiagos kiekio koncentracija mmol L⁻¹, o r₁ – numatytas relaksyvumas L mmol⁻¹ s⁻¹ šiomis pastoviomis sąlygomis.

Pasirinkite pradinį R₁, ₀=0.500 s⁻¹, r₁=4.00 L mmol⁻¹ s⁻¹ ir c=0.100 mmol L⁻¹. Sandauga r₁c yra 0.400 s⁻¹, todėl R₁=0.900 s⁻¹ ir T₁≈1.11111 s. Pradinis T₁ yra 2.00 s. Šios pasirinktos vertės nėra gadopiklenolio ar kitos tikros medžiagos matavimai.

Relaksyvumas priklauso nuo sąlygų ir molekulinės aplinkos. Šio modelio relaksacijos trukmės pokytis nėra vaizdo kokybės, dozės, diagnostinio tikslumo ar klinikinės naudos prognozė. Paprasta tiesinė išraiška taip pat turi apibrėžtą taikymo sritį ir negali būti neribotai ekstrapoliuojama.

Atgautas pasiskirstymas savaime neatitinka pradinio bendro kiekio

Metalo analizė gali išmatuoti bendrą kiekį, pasirinktas atskirtas chemines formas arba laikui bėgant kintantį mišinį. Atskyrimas ir mėginio paruošimas gali pakeisti chemines formas, o nevisiškas atgavimas gali iškreipti pateikiamas dalis. Nurodykite, koks vardiklis naudojamas ir ar nustatyta kiekvieno atgauto komponento tapatybė.

Išgalvotoje atgavimo apskaitoje iš pradinio bendro 100 nmol metalo kiekio gaunami trijų išmatuotų vieną metalo atomą turinčių cheminių formų kiekiai: 60, 25 ir 10 nmol. Bendras atgautas kiekis yra 95 nmol, o atgavimas 95%. Pradinio bendro kiekio atžvilgiu trys dalys yra 0.600, 0.250 ir 0.100; jų suma 0.950. Penki nmol lieka neapskaityti.

Atgauto metalo atžvilgiu dalys yra 60/95≈0.631579, 25/95≈0.263158 ir 10/95≈0.105263. Jų suma lygi vienetui, tačiau tai nepaaiškina trūkstamų 5 nmol. Jų cheminių formų pasiskirstymas lieka nežinomas. Nė vienas normalizavimas savaime neįrodo biologinio įsisavinimo ar klinikinės elgsenos.

Sandara, reakcija ir matavimas yra skirtingų rūšių įrodymai

Koordinacinė sandara apibūdina nurodytus prisijungimus ir geometriją. Subalansuota suminė reakcija apibūdina išliekančius atomus ir krūvius. Relaksacijos modelis prognozuoja pasirinktą stebimąjį dydį numatytomis sąlygomis. Atgavimo apskaita fiksuoja, ką analitinė procedūra apskaitė. Kiekviena priemonė naudinga, kai išlaikomos jos taikymo ribos.

Praktiniam taikymui reikia įrodymų, susiejančių šiuos cheminius aprašymus su tikrąja numatyta paskirtimi. Skyrius baigiamas ties šia riba: chemija gali paaiškinti, kodėl svarbi tapatybė ir aplinka, tačiau mokomoji schema ar išgalvotas skaičius negali pakeisti išmatuotų konkretaus preparato veikimo duomenų.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Pabandykite patys

1. Naudokite tą patį išgalvotą pastovių sąlygų modelį, kai c=0.0500 mmol L⁻¹. Raskite R₁ ir T₁.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   R₁=0.700 s⁻¹; T₁≈1.42857 s.

   Pridedama sparta yra 4.00×0.0500=0.200 s⁻¹; pridėkite pradinę 0.500 vertę ir apskaičiuokite atvirkštinį dydį.

2. Iš pradinio bendro 80.0 nmol kiekio atgaunami du vieną metalo atomą turinčių cheminių formų kiekiai: 40.0 ir 32.0 nmol. Raskite atgavimą ir atgauto metalo dalis.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   90.0% atgavimas; dalys 5/9 ir 4/9.

   Atgautas kiekis yra 72.0 nmol; 8.00 nmol lieka neapskaityti.

3. Kodėl pirmasis simbolinis akvavimas pakeičia komplekso krūvį nuo 0 iki +1, nors Pt lieka +2?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Cl⁻ ligandą pakeičia neutralus vanduo.

   Išsiskyręs Cl⁻ subalansuoja krūvį; ligando krūvio pakeitimui nereikia metalo oksidacijos.

4. Ar MRI relaksacijos pokytis yra tiesioginis metalo atomų vaizdas?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Ne.

   Išmatuotą vandenilio branduolio signalą veikia jo aplinka; konkrečios medžiagos relaksacijos poveikis ir metalo pasiskirstymas yra skirtingi teiginiai.

Ką verta įsidėmėti

• Nurodykite visą kompleksą ir jo geometriją.
• Ligandų mainai nebūtinai yra metalo redokso virsmas.
• Atskirkite signalą nuo jį veikiančios medžiagos.
• Atskirkite išgalvotus relaksacijos modelio įvesties duomenis nuo tikro veikimo.
• Aiškiai pateikite atgavimą ir vardiklius.