为光开关药物做好准备

在光的影响下改变形状的分子可以在生物医学应用中发挥作用，例如抑制酶。包括阿姆斯特丹大学和格罗宁根大学的化学家在内的一个国际研究小组现已解决了称为氮化合物的特定类别可切换分子的分子切换行为的基本原理。

在高排名的《美国化学会杂志》(JACS)上，他们提出了基于先进激光光谱、量子化学建模和理论计算的定量分析。它为应用这些化合物开发光控药物铺平了道路。

世界各地的许多化学家都在研究能够在光的影响下变形的分子，因为它们可以精确控制分子过程。例如，光控分子马达为BenFeringa教授赢得了2016年诺贝尔化学奖。

一个特定的相关应用领域是光药理学，其中光可切换分子用于控制生理过程。光诱导的分子形状变化可以诱导离子通道的阻断或酶的抑制。使用光在正确的时间和正确的地点精确控制此类治疗过程可以限制不需要的副作用。

Feringa在格罗宁根大学的同事WiktorSzymanski教授正在致力于此类应用。作为光药理学教授，他对一种称为氮化合物的特殊分子特别感兴趣，这种分子是AndrewWoolley教授在多伦多大学(加拿大)首次开发的。

这些化合物构成了极少数满足光药理学用途的分子系统之一。它们可以使用红光或红外光进行切换，这对人类来说是安全的，并且可以深入到活体组织中。

它们在人体大部分部位的条件下(pH7的水环境)也很稳定。此外，它们的形状变化相当持久，至少足以触发生物反应。最后，这些分子在多次转换事件后仍保留其功能。

首次详细的机制洞察

有效地将这些分子开关用于光制药应用需要全面了解它们的开关行为。

这是在一个多学科的国际团队中进行的研究，其中合成化学家Szymanski和Feringa与光谱学家WybrenJanBuma教授(阿姆斯特丹大学)和MariangeladiDonato(佛罗伦萨LENS研究中心)以及计算化学家MiroslavMedved'(MatejBel)合作斯洛伐克共和国大学)和阿黛尔·洛朗(南特大学)。

他们已经成功合作开发了新型光电开关，现在还与氮开关先驱安德鲁·伍利(AndrewWoolley)合作，后者协调了这项研究。

在JACS中，他们首次提出了对氮离子光化学的详细机制见解。它是通过结合时间分辨光谱(时间尺度从皮秒到秒)、量子化学计算和理论分析获得的。

结果揭示了光子吸收如何导致分子构象的变化，质子与溶剂的交换如何稳定这种形状变化，以及溶液的pH值如何控制光脉冲后开关的弛豫率。

该分析提供了第一个完整的机制图，解释了在一定pH值范围内观察到的氮离子复杂的光开关行为。

该研究还引领了修饰氮离子以增强其在生物分子光控制方面的适用性的方法。

在与活细胞相互作用的分子系统中实现这些光开关已经迈出了第一步。尽管仍处于起步阶段，但它为未来一代智能医疗带来了充满希望的发展。