IHTM PLAVI
Научна установа

Институт за хемију, технологију и металургију
Институт од националног значаја

grb BUУниверзитет у Београду

Органска, биоорганска и медицинска хемија

Један део активности сарадника у овој области односи се на синтезу, карактеризацију и испитивање инхибиторне активности нових органских једињења и природних производа према широком спектру патогена - паразита, вируса, бактерија, гљива и ћелија канцера. Други део активности односи се на тоталну и парцијалну синтезу природних производа, развој методологије синтезе сложених органских једињења, синтезу и каректеризацију нових хетероцикличних система и синтезу и карактеризацију нових нано-једињења на бази фулерена. Посебан део активности односи се на хемотаксономска истраживања, изоловање и карактеризацију секундарних метаболита ендемских биљних врста у земљи и ширем региону балканског полуострва. У свим групама, обавља се молекулско моделовање карактеристичних система и изучавање односа структура – активност (SAR, QSAR, QSRR i QSPR) и in silico испитивање активности и интеракција модела лиганд – рецептор или супстрат – протеин.

Поред бављења основним истраживањима, сарадници ЦХ-ИХТМ успешно се баве и услужним делатностима од којих се може истаћи развој нових поступака и полу-производних процедура опиоидних аналгетика. У сарадњи са компанијом Галеника на тржиште је пласиран фентанил цитрат чији је поступак синтезе развијен у лабораторији ЦХ-ИХТМ. До различитих фаза је развијена полу-производна процедура за добијање четири опиоидна аналгетика: суфетанила, алфетанила, ремифентанила и карфентанила (лек стриктно применљив у ветеринарској медицини) и ови генерички лекови имају значајан комерцијални потенцијал, како на домаћем тако и на иностраном тржишту;

Истраживања у овој области обављају се у следећим сегментима:

  • Синтеза и развој стероидних и/или хетероцикличних органских једињења која показују инхибиторну активност према апикомплексним паразитима, ћелијама рака, различитим вирусима и инхибитори су ботулинум неуротоксина. Истраживања су усмерена и према синтези хетероцикличних једињења са израженим антибактеријским и антифунгалним активностима, као и синтези једињења која инхибирају међубактеријску активност(quorum sensing) и развој бактеријских и фунгалних биофилмова. Посебна пажња је посвећена постизању стреоселективних и хемиселективних трансформација полифункционалних молекула. У сарадњи са водећим истраживачким центрима у земљи и иностранству омогућено јеin vitroиin vivo тестирање синтетисаних једињења. Као подршка развоју нових биолошки активних једињења развијају се поступци за физичко-хемијску карактеризацију једињења хроматографским методама и рачунарским моделовањем. Испитује се утицај структуре нових једињења на њихово ретенционо понашање и врши се експериментално одређивање липофилност. За одређивање дескриптора који описују ретенционо понашање једињења и квантификацију њиховог утицаја на биолошку активност примењене су мултиваријантне хемометријске методе (PCA, MLR, PLS). Испитују се интеракција новосинтетисаних једињења са протеинима плазме(хумани серум албумин, HSA). Обавља се екстензивно моделовање, конформациона анализа и израчунавање 3D ADMET молекулских дескриптора деривата свих хемотипова (Schrödinger Suite 2011). Обједињени резултати се користе за постављање SAR, QSAR, QSRR i QSPR модела. Примена овог приступа омогућава дубље сагледавање могућих механизама интеракција синтетисаних једињења са потенцијалним рецепторима и/или танспортерима.Шири интерес је развој биолошки активних једињења, деривата природних производа и развој нових активних једињења на основу ензим-лиганд молекулског моделовања.
    Истраживања се врше у сарадњи са водећим институцијама: Walter Reed Army Institute of Research (WRAIR) Washington SAD, U.S. Army Medical Research Institute of Infectious Diseases (USAMRIID), Frederick SAD, National Institute of health (NIH-NCI) SAD, National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID-TAACF) SAD, Медицинским факултетом - Универзитета у Београду, Институтом за медицинска истраживања - Универзитета у Београду, Институтом за Онкологију и радиологију, Београд, Институтом за онкологију Војводине - Сремска Каменица, Институтом за молекуларну генетику и генетска истраживања – Универзитета у Београду.
  • Синтеза, фармаколошка карактеризација и компијутерска анализа лиганада повезаним саGPCR- рецепторима. Обавља се циљана синтеза фармакофорних модела пиперидинске, 4-анилинопиперидинске, фенантренске и арилпиперазинске структуре. Основни циљ научно-истраживачког рада се базира на синтези лиганада и развоју метода и алтернативних синтетичких поступака за синтезу фармаколошки значајних једињења, потенцијалних лекова за лечење поремећаја на нивоу централног нервног система. Самостално се изводе експерименти мерења везивања лиганада за различите класе рецептора(допамински D2, серотонински5-HT1A, 5-HT2A и alfa1 адренергички рецептор). Афинитет везивања новосинтетисаних супстанци(Ki, IC50) одређује се уin vitro експериментима компетиције применом радиоактивних лиганада([3H]-спиперон, [3H]-8OH-DPAT, [3H]-кетансерина и[3H]-празосин). Као извор рецептора користе се синаптозималне мембране изоловане из мозга пацова као и рецептори изоловани изCHO и CHO-K1 ћелијских линија са експримиранимhD2S i h5-HT1A рецепторима. За одређивање агонистичког/антагонистицког ефекта неке супстанце на одређену класу рецептора користи сеcAMP EI есеј. У циљу прецизнијег дефинисања значајних лиганд-рецептор интеракција и утврђивања структурних елемената неопходних за фармаколошку активност лиганада, као и помоћ у циљној синтези биолошки активних супстанци, користе се методе компјутерске хемије, као што су: компјутерско предвиђање и израчунавање различитих физичко-хемијских величина; хомолого моделовање протеина; одређивање фармакофорних модела; докинг анализа; молекулска динамика.
  • Изоловање и структурне модификације различитих природних производа са нагласком на маринске природне производе. Један правац испитивања обухвата синтезу нових хинонских деривата у циљу повећања њихове биолошке активности, дериватизацијом активних природних једињења али идизајном и синтезом биомиметика. Испитује се дејство на туморске ћелије, ћелијски циклус, токсичност на здраве ћелије и проверу антимикробног дејства. Проучава се logP синтетисаних једињења и утицај структуре на биолошку активност. Други правац обухвата проучавање механизма дејства биолошки активних хинона. Испитује се редокс потенцијал и могућност стварања кисеоничних радикала који изазивају ћелијску смрт. Истовремено, дериватима се тестира антиоксидативна активност као и способност хватања супероксидног анјон-радикала. Трећи правац обухвата проучавање интеракција хинона са биомакромолекулима: протеинима, ензимима и нуклеинским киселинама. Синтеза биокоњугата хинон-ензим омогућава испитивање транспорта хинонских једињења и њихове биолошке активности након дејства хидролитичких ензима.
    Обавља се синтеза и хемијска трансформација стероидних и модификованих стероидних једињења са акцентом на оксидационе и фрагментационе трансформације као и увођење хетероатома атома и функционалних група у стероидни молекул са циљем да се испита однос структуре и реактивности, као и повећање њихове биолошке активности. Синтетисани су и стероидни оксими, лактами и тиолактами, аза-стероиди, од којих би неки могли да имају значај за фармацеутску индустрију. Испитивање реакција тионовања α,β-незасићених стероидних кетона холестанске, андростанске и прегнанске серије Лавесоновим реагенсом под термичким и МW условима, довела је до синтезе и потпуне карактеризације органо-сумпорних и органо-фосфорних једињења изведених из стероидних молекула.
  • Синтеза и испитивањефизичких и хемијских особина хетероцикличних push-pull молекула. У оваквим једињењима, опште формуле D-p-A, постоји јакадонор-акцептор(D-A) интеракција прекоC=C двоструке везе и она су предмет бројних истраживања због својих занимљивих оптичких особина. Истраживање, базирано на модерним експерименталним и теоријским методама, обухвата: и) синтезу серије 5-супституисаних и 5-несупституисаних 4-оксотиазолидина са трисупституисаном егзоцикличном двоструком везом, ии) утврђивање структуре добијених једињења и иии) динамике хемоселективних реакција на прекурсорима.Једињења која садрже 4-оксотиазолидински прстен показала су се као корисни прекурсори за синтезу разноврсних хетероцикличних једињења. Нека одсинтетисаних једињења 2-алкилиден-4-оксотиазолидинског типа регистрована су као нетоксичне активне супстанце у третману неуролошких болести (Ралитолин – антиепилептик), болести јетре (Пипрозолин – холеретик), и високог крвног притиска (Етозолин – антихипертензив и диуретик). Делокализација наелектрисања која постоји кодpush-pull алкена утиче на реактивност 2-алкилиден-4-оксотиазолидина. Ова једињења карактерише амбидентна нуклеофилност и амбидентна електрофилност, што омогућава њихову вишеструку функционализацију и чини их погодним супстратима за синтезу различитих моно- и  полихетероцикличних једињења.
  • Дизајн и синтеза малих органских молекула који показују изразиту антитуморску активностin vitro и значајну селективност (туморске/здраве ћелије) као инхибитори холин естераза, инхибитори су карбо-анхидраза и једињења која делују на мултидруг-резистентне сојеве бактерија. In silico дизајн се базира на:описницима молекула изведеним из поља молекулских интеракција; описницима изведених из временски-зависних конформационих промена; и процени интеракција малих органских молекула и одговарајућих биолошких мета симулацијама молекулске динамике, и молекулским докингом. Резултати се обрађују линеарним или нелинеарним статистичким методама. Поред тога група се бави и физичком органском хемијом - односом структуре и реактивности органских молекула, као и физичко-хемијским профилисањем синтетизованих биолошки активних једињења (одређивањем константи јонизације, растворљивости, logP, способности грађења комплекса са биолошки релевантним јонимаметала, везивања малих органских молекула за хумани серум-албумин).
    Истраживања се обављају у сарадњи са: School of Life and Medical Sciences, University of Herdforshire, Велика Британија; Drug Design Laboratory, Faculty of Pharmacy, University of Milan, Италија; National Cancer Institute-Frederick, Maryland, САД; National and Kapodistrian University of Athens, Грчкa; Neurofabra department, University of Florence, Италија; Scientific Computing Laboratory - Институт за физику, Београд; Институт за онкологију и радиологију Србије, Београд; Војно-технички институт Војске Србије, Београд.
  • Дизајн, синтеза, структурна карактеризација и испитивање особина моно- и бис-функционализованих деривата фулеренаC60 и њихова инкорпорација у подјединице наномолекулских машина. Истраживања обухватају: 1) синтезу фулеропиролидинских коњугата са стероидима и пептидима и проучавање њихове антиоксидативне активности и супрамолекулске организације; 2) структурне модификације стероида који захваљујући величини и крутој структури могу да буду граничници ротаксанских оса; 3) синтезу ротаксана из добијених фулеренских и стероидних оса и испитивање особина ових тополошки закључаних молекула (испитивање њихових интермолекулских и интрамолекулских нековалентних супрамолекулских интеракција, проучавање покретљивости њихових компоненти у различитим условима); 4) региоселективне двоструке циклоадиције наC60 усмерене диглицинатима премошћеним различитим мостовима, као и проучавање електрохемијских и морфолошких особина тако добијених премошћених бис-пиролидинских адуката фулерена.