每當一種新的癌症藥物被宣布時，它代表着數百名科學家在幕後花費數年時間來設計和測試一種新分子。這種藥物不僅要有效，而且要儘可能安全，易於製造–這些研究人員必須在其化學結構的數千個可能選項中進行選擇。但是為測試構建每個可能的分子結構是一個費力的過程，即使研究人員只是想改變一個碳原子。芝加哥大學化學家和默克製藥公司在《科學》雜誌上發表的一項新技術提供了一種跨越這一過程的方法，使科學家們能夠快速和輕鬆地生產出感興趣的新分子。
芝加哥大學化學副理教授、這項新研究的共同作者Mark Levin說：“這使你能夠對一個複雜的分子進行調整，而不必完全重新開始設計過程。我們的希望是通過減少進入該過程的時間和精力來加速發現。”
當研究人員在考慮一個分子時，他們可能想要測試許多調整。例如，連接一對氫原子而不是氮原子，可能使身體更容易吸收藥物。也許去除一個碳原子會減少一個特定的副作用。但是，實際製造這種新分子可能是令人驚訝的困難。
Levin說：“儘管它表面上看起來像一個小小的開關，但如果不一路回到起點，從頭開始，有些東西是無法修復的。這就好比你和一個承包商談起重修你房子里的一個衛生間，他說，‘對不起，我們必須推倒整個房子，重新開始’。”
Levin實驗室的目標是避開這一費力的過程，允許科學家們對幾乎完成的分子進行一到兩處修改。
在這種情況下，他們希望能夠從一類被稱為喹啉氧化物的流行和有用的分子中剪下一個單鍵，並將它們變成另一種類型的分子，即吲哚。Levin說：“從本質上講，我們想去掉一個碳原子，而讓其他所有的東西仍然連接在一起，就像它從未出現過一樣。”
他們遇到了一項來自20世紀50年代和60年代的舊技術，該技術利用光來催化某些反應。它今天沒有被廣泛使用，因為這種方法很強大，但卻是任意的；20世紀60年代使用的水銀燈發出全光譜的光，在分子中引發了太多的反應–而不僅僅是科學家們想要的那些反應。
但是芝加哥大學的博士生、新論文的第一作者Jisoo Woo認為，過去十年中出現的較新的LED燈的結果可能會有所不同。這些燈可以被編程為只發出某些波長的光。通過只照射特定的波長，科學家們可以只催化一種特定的反應，從而快速而容易地切斷碳鍵。
Levin、Woo和他們的同事想知道這種技術可能有多大的用途。他們與默克製藥公司的科學家Alec Christian合作，在幾組不同的分子上進行測試。
該技術在幾個分子家族中顯示出了前景。“例如，我們表明我們可以把膽固醇藥物匹伐他汀變成另一種叫做氟伐他汀的膽固醇藥物。這是兩種完全不同的分子，只因刪除了一個碳原子而有關聯。”Woo說。“在這種方法之前，你將不得不從兩個完全不同的過程和起始材料中製造它。但是我們能夠只用一種藥物，在一次轉化中把它變成另一種藥物。”
科學家們希望這個過程能夠緩解和加快設計新分子的過程，特別是涉及這種特殊轉化的分子，化學家稱之為“腳手架跳躍”。
Levin說：“有各種各樣的‘腳手架跳躍’，它可以產生一個非常有用的分子，但所涉及的時間太長了，所以化學家們從未關注過它。可能有驚人的藥物化合物藏在那裡，因為團隊只是無法獲得時間重新開始。”
Christian對此表示同意：“我看到有些項目走到了十字路口，因為有人想嘗試像這樣的改變，但甚至需要一個月的時間來制定最初的化學方案。而在這個過程中，你可以在一天內得到答案。我認為很多人都會想使用這種方法。”
為了進行這項研究的一部分，科學家們使用了高級光子源的ChemMatCARS光束線，這是美國能源部阿貢國家實驗室的一個巨大的X光同步輻射設施。