在生物医学研究和教学中使用台式NMR

较小的研究机构通常缺乏学术重量级的巨大预算，这对他们可以获取的系统限制了，最终将其进行的研究限制。但是，随着技术的继续发展，正在开发新的解决方案，从而使较小的机构能够访问相同的分析能力。这意味着可以进行新的研究，并且可以教导学生达到与大型机构相同的标准。

这些解决方案之一是来自Magritek的Spinsolve，这是一个低维护的台式NMR系统。Azom与里昂学院的Irosha Nawarathne博士进行了谈到，她如何在对下一代结核病药物的研究中使用Spinsolve，她如何将Spinsolve纳入教学中，以及为什么选择台式NMR而不是低温系统。

告诉我们有关您在里昂学院进行的结核病药物的研究吗？

我们一直在开发基于利福平（利福平）的新型结核病（TB）药物，这是一种目前正在使用的药物。尽管利福平已经是一种有效的结核病治疗结核分枝杆菌-MTB）菌株。我们正在开发新型药物来治疗利福平耐药结核病患者。利福平通过与TB细菌中的RNA聚合酶（RNAP）结合而起作用，这种结合可防止细菌复制。

然而，结核菌始终正在突变，因此发展。其中一些突变改变了RNAP中利福平结合位点的化学因素，从而防止利福平结合。因此，在利福平药物存在下，结核细菌可生存。我们使用类似利福平的药物，更具体地说是一种称为利福胺素的抗生素家族，我们根据TB细菌的结合位点的变化进行了修改。我们的目标是开发利福反霉素的类似物，这些类似物可以与利福平抗性结核病细菌中的突变RNAP结合。

您如何修改利福平？

我们的修饰始终是对利福平抗性菌株中普遍的RNAP突变的响应。利福平与RNAP结合主要是由于几种氢键相互作用。这些相互作用被某些突变发生在RNAP结合位点上，这在TB药物存在Rifampin存在下增加了突变的MTB菌株的存活。例如，例如，通过突变将丝氨酸残基换成亮氨酸残基。这可以防止利福平与突变的MTB RNAP结合，因为亮氨酸在侧链中没有氢受体或供体。同样，其较大的尺寸可防止利福平达到较强的粘结距离。

我们查看绑定位点发生的变化，并以一种方式修改利福米霉素核心，这意味着它仍然可以结合到修改的MTB RNAP。因此，如果该部位从极地到非极性，我们会修改利福米霉素，因此它也是非极性的，或者如果氨基酸残基变得越来越大，我们确保改良的利由霉素上的组较小一点，以便它仍然可以保持适合结合腔。

丝氨酸到亮氨酸突变存在于约42％的耐药结核病菌株中，因此我们专注于为这种特定修饰寻找新药物。我们已经成功合成了一系列利福平类似物，利福米霉素类似物，我们将在突变的RNAP上进行测试。如果这恰好取得成功，我们将生产一种新药物来治疗耐药的MTB菌株，因为利福米霉素核心已被证明是药物特征。

您如何将Spinsolve用作这项研究的一部分？旋转是否仍用于大分子（例如利福平）？

这旋转旨在研究较小的分子。该分辨率不如高频低温NMR大。我曾经使用400-600 MHz NMR系统来研究利福米霉素，这仍然很困难 - 它们是非常复杂的分子，具有许多手性中心和极性（因此可变）区域。

但是，我们通过使用较小的分子在结构上类似于利福米霉素进行反应来解决旋转和利福米霉素的这些分辨率问题。例如，当我们试图在利福米霉素的羟喹酮部分中发展敏感反应时，我们在较小的羟基喹酮上进行反应，可以通过旋转分析。

因此，我们确定最佳作用的方法，然后在利福米霉素上使用该方法。该过程完成后，我们将修改后的利福米霉素发送到外部实验室，以进行完整的高频NMR和LC-MS分析。

我们还为Spinsolve安装了氟方案，这特别有用，因为我们从事大量涉及Rifamycin和Paclitaxel的工作（紫杉醇）^®）分子。即使在简单的分子上也很难进行荧光反应，从不介意敏感和高度功能化的分子，例如利福米霉素和紫杉醇，因此我们花费了很多时间来开发合成方法（旁注：我们在紫杉醇（抗小质剂）上工作，以便于paclitaxel（抗抗素剂）详细了解其生物合成途径；因此，我们可以通过生物催化来开发高效的类似物）。

利福米霉素和紫杉醇（紫杉醇）^®）复杂的结构使使用低频NMR难以解决

您打算如何在研究中使用Spinsolve的氟模式？

氟方案将使我们能够查看是否已将氟掺入我们的产品分子中。以前，我们不得不将样品送走，并从外部实验室获取LC-MS数据的结果，以确认是否已掺入氟，但我们无法分辨出什么位置。现在我们可以在¹⁹F模式并立即确定氟化反应的成功。对于紫杉醇，我们现在将能够使用Spinsolve来完成所有操作，包括确定氟在各种分子上的位置。

对于更为复杂的利日霉素，仍然很难确定氟的确切位置。但是，氟方案对于我们的净化将非常有用。通常，当我们在反应后运行制备型TLC或色谱柱色谱法时，我们有三个或四个不同的产品，并且我们无法知道哪种是正确的产品，除非基于极性猜测。使用Spinsolve的氟模式，我们几乎可以立即知道哪个位置包含我们的产品。

您目前在教学的哪些方面？您的研究与您在里昂学院的教学如何联系在一起？

我是有机化学家，因此我主要教有机化学和仪器分析。我还曾在里昂学院教过高级无机化学。我总是尝试使用我的教学研究示例。

由于概念与我的研究兴趣和实践直接相符，我的有机和乐器课程确实很容易与我的研究联系在一起 - 课程很容易集中于建立产品的假设，综合，纯化和分析产品。无机化学距离我的专业知识和生物医学研究更远。但是我经常在研究中使用有机金属催化剂。我在无机化学类中提出了这些应用程序。

您的学生正在使用哪些实验？您认为使用它如何增强了他们的理解？

我的学生喜欢它。他们对自己在生物医学研究中最先进的工具中获得动手经验的想法感到很开心。我们最终在教学实验室中进行的几乎每个实验中都使用了旋转。我的学生定期合成小分子（例如阿司匹林），或者正在进行合成以进一步了解其实验室项目的一部分，以进一步了解诸如脱水或Grignard反应之类的反应机制。

使用的NMR光谱旋转允许学生确定他们的反应是否成功。它还使他们深入了解反应本身的机制，从而促进了他们的深度学习。NMR光谱可用于确定产品的纯度，或者是否有任何残留的起始材料或中间体。他们喜欢使用仪器确定产品的分子框架。Spinsolve使教授合成和分析化学的重要概念变得更加容易。

Nawarathne博士使用Spinsolve向学生展示NMR

与其他常规台式技术（例如FT-IR和UV-VIS光谱）相比，使用台式NMR的优点是什么？

我们在里昂学院还拥有FT-IR和UV-VIS。例如，在我们获得旋转之前，FT-IR是我们在有机化学实验室中进行的每个实验的首选工具。这意味着我们可以向学生展示的东西受到限制。

例如，如果学生使用FT-IR进行了脱水反应，我们可以看到随着反应的进展，羟基吸收的消失，但我们无法得出进一步的结论。现在，使用Spinsolve，我们可以显示功能组的变化以及分子框架上的修饰发生的位置。

旋转还消除了样品分析期间杂质的干扰问题。例如，在脱水实验期间，如果产品未正确蒸馏，则最终产物中会剩下一些残留水。水会在FT-IR光谱中显示出羟基吸收，使其看起来像是起始材料，它也具有羟基。NMR并不是一个巨大的问题，因为它提供了正在分析的分子的清晰而详细的信息。由于NMR不仅专注于功能组，因此Spinsolve的分析更加详细且有意义，但它是一个快速分析。毕竟，NMR是有机化学家选择的仪器。

您为什么选择Spinsolve而不是低温NMR系统？

这仅仅是因为容易维护。几年前，我们在里昂学院有一个低温系统，并且有很多维护问题。没有足够的工作人员来照顾该系统，学校没有资金支持来维持该系统，因此该系统最终失败了。

重要的是要带回NMR系统，因为这是我们的研究和教学计划的必要条件。NMR也广泛用于我的学生喜欢的生物医学领域。因此，我希望他们成为NMR的专家，以便他们将来可以成为领域的领导者。但是，我知道我们无法维持低温系统。我们只是没有时间维护自己，无法证明技术人员的成本是合理的。因此，出于这个原因，我们选择获取Spinsolve，它使用具有最小/无维护要求的永久磁铁。

Magritek的Spinsolve 43

我们的读者在哪里可以找到有关您的研究，里昂学院和纺纱的更多信息？

您可以在Magritek网站。关于我的研究计划或在里昂学院教学中使用的任何询问都需要针对我[电子邮件保护]，除非您可以在我的教师网页。

关于Irosha Nawarathne博士

Irosha Nawarathne是阿肯色州里昂学院的助理教授。她获得了斯里兰卡科伦坡大学的化学学士学位（头等舱荣誉），并获得了东兰辛的密歇根州立大学的生物有机化学博士学位。对于她的论文研究，她成功地利用了生物催化中的出租车酰基转移酶，以修改生物学上重要的天然产物支架，例如紫杉醇（紫杉醇）^®）。

2011年毕业后，她加入了密歇根大学安阿伯大学的药学学院，担任研究研究员，在那里她通过进行抗生素开发研究来获得药物化学技能。她目前在里昂学院的研究实验室的重点是通过有针对性合成的大型天然产品支架的有效治疗剂的开发，并具有经过验证的生物医学应用。

目前，她的充满大学生的研究团队正在研究新型的利由霉素，以抵抗多药耐多药结核分枝杆菌（MTB）菌株，通过对利福反霉素与MTB RNA聚合酶之间的分子相互作用进行更深入的了解。她的实验室还试图修改紫杉醇的前体，以进一步了解紫杉醇的生物合成途径。

Nawarathne博士是通过国立卫生与一般医学研究所（P20 GM103429）资助的。欧洲杯线上买球她热衷于为本科生创造机会，以探索毒品发现的过程，并通过引人入胜的问题挑战他们，同时通过药物发现为人类健康的发展做出贡献。