即使提供的化学品所含化合物是正确的,用它得到的结果仍有可能是错误的。新泽西州纳特利罗氏公司的科学家Johannes Hermann领导了一项新药研发工作,发现了一系列看起来能够抑制一种刺激酶的分子。正如预期的那样,这些分子浓度越高,抑制作用越明显,这表明这些结果不是伪现象。
之后,药物化学方面的研究结果变得不合理了:对分子结构的微小调整可能显著改变其活性,而较大的调整却没有作用。最后,Hermann和同事意识到,显示出活性的化合物有一些共同点:它们是在有锌的情况下合成的。当研究人员将锌单独添加到试验当中时,得到了和之前一样的结果。
为了确认这件事,他们将金属结合分子
(即螯合剂)
与化合物一起加入进去,结果发现没有活性。目前在新泽西州拉里坦强生公司担任数据科学家的Hermann说那是一次痛苦的经历。他建议在探明螯合剂是否会改变结果之前,不要投入时间或资源去跟进偶然的一次“命中”。
Hermann的经历在工业界是不常见的,因为他可以花时间记录下来。其他的药物化学家描述了自己遭遇到的类似挫折,但引起问题的是铜和钯。合成中使用的小的无机化合物,如联氨,也能通过抑制目标酶或改变其活性评估结果而破坏实验。
试剂的问题往往是从试剂瓶被打开之后开始的。德国默克集团的生命科学试剂部门负责人Heather Holement说,反复的冷冻和解冻会使化合物性能下降,还有一些化学物质并不能在冷冻时保持稳定。
当溶解在有机溶液中的化学物质被加入到水基环境中时,例如在细胞和蛋白分析中,它们有时也会从溶液中析出。她建议科研人员应该考虑到储存的试剂的质量,而且永远不要忘记单独使用溶剂进行对照组实验。还可以通过不使用细胞或蛋白进行的分析来排除一些错误的信号。
有时,一种化合物的明显活性实际上归因于携带它的“交通工具”。澳大利亚莫纳什大学的血液学专家Jake Shortt使用一个常用的实验方法,将抗癌化合物溶解在一种被称为NMP
(N-甲基-2-吡咯烷酮)
的溶剂中,然后将其注入小鼠体内,令他吃惊的是,即使是在对照组,即只被注射溶剂而无被测试化合物的组中,仍然能看到肿瘤产生响应。
这些数据表明,NMP本身具有抗癌活性,Shortt现在开始在临床上进行NMP测试。但他表示,其他人仍在将NMP作为一种所谓的惰性液体来溶解药物化合物。
对于Bittker所做的这种筛选实验而言,最受关注的时候是首次发现“命中”的时候。化学药品库里的药物保存数月甚至数年时间都很常见,导致它们容易降解和被弄混。他说,验证结果的第一步是使用相同的材料再进行一遍筛选实验,筛选分析可能充满了噪声信号。
下一步,研究人员应该尝试不同来源的相同化合物,理想的情况是在机构内合成或通过合作者合成。如果结果显示命中的并不是预期的分子,Bittker建议就不要尝试去确定活性组分。他说:“那就是一个兔子洞。如果有杂质,就随它去吧。”
对于正在筛选天然产物的研究人员来说,可能需要换个方式看待这种建议。芝加哥伊利诺伊大学天然产物专家Guido Pauli说,植物提取物和类似来源的物质几乎总是混合物,而不是纯试剂。在很多情况下,提取物越纯,其活性越低,这意味着一些被认为是最常见的成分造成的效果,实际上是由其他成分造成的。
即使天然产物得到相对充分的表征,混合物也是一个问题。以庆大霉素为例,它是一种在工业上通过从生长在发酵罐内的细菌中分离出来的抗生素。斯坦福大学的药物化学顾问Robert Greenhouse表示,细菌会产生几种紧密相关的具有不同活性和毒性的分子,但商业制剂含有的这几种分子及含水量比例不一样。因此,不够细心的研究人员不会知道他们在实验中使用的抗生素的确切的量或确切形式。
即使一个分子被正确鉴定出来,它也可能不是通过以特定方式真正地与特定蛋白结合而发挥作用的。例如,在一个类皂涂层中,“聚合体”覆盖了其他分子。这些假象通常可以通过向试验中加入净化剂而被揭示出来。
Workman说:“有时候你的化合物是对的,只不过被污染了。”
他说资源和教育非常关键,但是责任还是落在科学家自己身上。正确以及恰当地使用小分子化合物是每个科研工作者的责任。当需要使用化学试剂的时候,请记住一句比任何硬性规则都重要的“至理名言”:
购者自慎——货物出门概不退换。
本文经授权,转载自公众号“Nature自然科研”(ID:macmillan-nature)。