ఔషధ రసాయన శాస్త్రం

Not to be confused with Clinical chemistry.

GABAA గ్రాహకం మీద బెంజోడైయాజిపైన్ అంటుకునే చోటును చూపే ఫార్మాకోఫోర్ నమూనా

ఔషధ రసాయన శాస్త్రం (Medicinal chemistry) అనేది రసాయన శాస్త్రంలో ఒక ప్రత్యేకమైన విభాగం. దీనిని ఫార్మాస్యూటికల్ కెమిస్ట్రీ (Pharmaceutical chemistry) అని కూడా పిలుస్తారు. ఈ శాస్త్రం రసాయన శాస్త్రం, ఫార్మసీ (మందుల తయారీ విద్య) కలయికతో ఏర్పడింది. శాస్త్రవేత్తలు కొత్త మందులను డిజైన్ చేయడానికి, తయారు చేయడానికి ఈ విభాగం ఎంతగానో సహాయపడుతుంది. ఈ రంగంలో పనిచేసే వారిని ఔషధ రసాయన శాస్త్రవేత్తలు (Medicinal chemists) అంటారు.

మనుషులకు, జంతువులకు వచ్చే రకరకాల వ్యాధులను తగ్గించడానికి అవసరమైన కొత్త రసాయన భాగాలను వీరు వెతుకుతారు. కేవలం కొత్తవే కాకుండా, మన దగ్గర ఇప్పటికే ఉన్న మందుల మీద కూడా వీరు పరిశోధనలు చేస్తారు. ఆ మందులు మన శరీరంలోకి వెళ్ళాక ఎలా పనిచేస్తాయి, వాటిని ఇంకా శక్తివంతంగా ఎలా మార్చవచ్చు అనే విషయాలను వీరు లోతుగా అధ్యయనం చేస్తారు.

ఔషధ రసాయన శాస్త్రం అనేది చాలా రకాల శాస్త్రాల సమాహారం. ఇది కర్బన రసాయన శాస్త్రాన్ని (Organic chemistry), జీవ రసాయన శాస్త్రంతో (Biochemistry) కలుపుతుంది. దీనితో పాటు కంప్యూటేషనల్ కెమిస్ట్రీ, ఫార్మకాలజీ (మందుల ప్రభావం గురించి చదివే శాస్త్రం), అణు జీవశాస్త్రం వంటి విభాగాలను కూడా ఉపయోగిస్తారు. శాస్త్రవేత్తలు మందుల పనితీరును లెక్కించడానికి గణాంక శాస్త్రం, భౌతిక రసాయన శాస్త్రం కూడా వాడుతుంటారు. ఈ శాస్త్రాలన్నింటినీ కలిపి వాడటం వల్ల, జబ్బు పడిన వారు త్వరగా కోలుకోవడానికి కొత్త మార్గాలు కనుగొనడం సాధ్యమవుతుంది.

మందులలో రకాలు

చాలా మందులు కర్బన సమ్మేళనాల ద్వారా తయారవుతాయి. ఇవి సాధారణంగా కార్బన్ పరమాణువులను కలిగి ఉండే రసాయనాలు. శాస్త్రవేత్తలు వీటిని ప్రధానంగా రెండు పెద్ద సమూహాలుగా విడదీశారు:

చిన్న అణువులు (Small Molecules)

చిన్న అణువులు అంటే చాలా సూక్ష్మమైన రసాయన సమూహాలు. మందుల ప్రపంచంలో ఇవి చాలా సాధారణంగా కనిపిస్తాయి. మనకు తెలిసిన కొన్ని చిన్న అణువుల మందుల ఉదాహరణలు ఇక్కడ ఉన్నాయి:

Atorvastatin (అటోర్వాస్టాటిన్): దీనిని శరీరంలో కొలెస్ట్రాల్ స్థాయిలు పెరిగినప్పుడు తగ్గిండానికి వాడుతారు.

Fluticasone (ఫ్లూటికాసోన్): ఆస్తమా వంటి శ్వాస సంబంధిత సమస్యల ఉపశమనానికి దీనిని ఉపయోగిస్తారు.

Clopidogrel (క్లోపిడోగ్రెల్): రక్తంలో గడ్డలు ఏర్పడకుండా ఆపడానికి దీనిని వాడుతారు.

బయోలాజిక్స్ (Biologics)

"బయోలాజిక్స్" అనేవి చిన్న అణువుల కంటే చాలా పెద్దవిగా ఉంటాయి. ఇవి ఎక్కువగా ప్రోటీన్లతో తయారవుతాయి. ఈ ప్రోటీన్లు ప్రకృతి సిద్ధంగా లభించవచ్చు లేదా ప్రయోగశాలలో Recombinant DNA సాంకేతికతను ఉపయోగించి తయారు చేయవచ్చు. వీటిలో కొన్ని రకాలు:

Informatix (ఇన్ఫర్మేటిక్స్)

Erythropoietin (ఎరిథ్రోపోయిటిన్)

Insulin glargine (ఇన్సులిన్ గ్లార్జిన్): మధుమేహం (డయాబెటిస్) ఉన్నవారు చక్కెర స్థాయిని నియంత్రించుకోవడానికి దీనిని వాడుతారు.

అకర్బన మందులు (Inorganic Medicines)

కొన్ని మందులు కర్బన రసాయనాలతో తయారవ్వవు. వీటిని అకర్బన లేదా ఆర్గానోమెటాలిక్ సమ్మేళనాలు అని పిలుస్తారు. శాస్త్రవేత్తలు వీటిని తరచుగా "మెటాలోడ్రగ్స్" (Metallodrugs) అని కూడా అంటారు. వీటి తయారీలో ప్లాటినం, లిథియం, గాలియం వంటి లోహాలను ఉపయోగిస్తారు.

ఔషధాలలో ఉపయోగించే కొన్ని లోహాల వివరాలు ఈ క్రింది పట్టికలో చూడవచ్చు:

లోహం (Metal)	మందు ఉదాహరణ	దేనికోసం వాడుతారు
లిథియం	లిథియం కార్బోనేట్	బైపోలార్ డిజార్డర్ (మానసిక సమస్య)
ప్లాటినం	సిస్ప్లాటిన్	క్యాన్సర్ వ్యాధి నివారణకు
గాలియం	గాలియం నైట్రేట్	రక్తంలో కాల్షియం స్థాయిలు పెరిగినప్పుడు
బిస్మత్	బిస్మత్ సబ్‌సాలిసిలేట్	కడుపు సంబంధిత సమస్యలు

శరీరంలో ఈ లోహాల పనితీరును అధ్యయనం చేసే శాస్త్రాన్ని "మెడిసినల్ ఇనార్గానిక్ కెమిస్ట్రీ" అంటారు. క్యాన్సర్, బ్యాక్టీరియా వల్ల వచ్చే ఇన్ఫెక్షన్లు, డయాబెటిస్ వంటి అనేక వ్యాధులను నయం చేయడంలో లోహాలు కీలక పాత్ర పోషిస్తాయి.

కొత్త మందులను ఎలా కనుగొంటారు?

కొత్త మందును కనుగొనడం అనేది చాలా సుదీర్ఘమైన ప్రయాణం. దీనికి ఎంతో సమయం, కష్టం అవసరం. ఈ ప్రక్రియలో కొన్ని ముఖ్యమైన దశలు ఉంటాయి.

అన్వేషణ (Discovery)

మొదటి దశను డ్రగ్ డిస్కవరీ లేదా అన్వేషణ అంటారు. శాస్త్రవేత్తలు ఒక "హిట్" (Hit) కోసం వెతుకుతారు. "హిట్" అంటే ఒక పరీక్షలో మంచి ఫలితాన్ని చూపించే రసాయనం అని అర్థం. ఒక వ్యాధిని ఆపడానికి లేదా శరీర కణాలకు సహాయం చేయడానికి ఏదైనా రసాయనం పనికివస్తుందో లేదో తెలుసుకోవడానికి వేలకొద్దీ రసాయనాలను పరీక్షిస్తారు.

ఈ రసాయనాలు వివిధ మార్గాల ద్వారా లభిస్తాయి:

ప్రకృతి: శాస్త్రవేత్తలు మొక్కలు, శిలీంధ్రాలు (Fungi), బ్యాక్టీరియా వంటి వాటిని పరిశీలిస్తారు. అడవులలో లేదా సముద్రాలలో దొరికే సహజ వనరుల నుండే చాలా మందులు పుట్టాయి.

పునర్వినియోగం (Repurposing): కొన్నిసార్లు ఒక వ్యాధి కోసం తయారైన పాత మందు, వేరే కొత్త వ్యాధికి కూడా పనికిరావచ్చు. దీనిని మందుల పునర్వినియోగం అంటారు.

కంప్యూటర్ నమూనాలు: ఏ రసాయనం ఒక ప్రోటీన్ లేదా ఎంజైమ్‌లో సరిగ్గా సరిపోతుందో ఊహించడానికి శాస్త్రవేత్తలు శక్తివంతమైన కంప్యూటర్లను వాడుతారు.

రసాయన భాండాగారాలు (Chemical Libraries): పెద్ద కంపెనీలు తమ దగ్గర లక్షలాది రసాయనాల సేకరణను ఉంచుతాయి. వీటిని ఒకేసారి వేగంగా పరీక్షించి ఫలితాలను చూస్తారు.

లీడ్ ఆప్టిమైజేషన్ (Lead Optimization)

ఒక "హిట్" దొరికిన వెంటనే అది మందుగా మారిపోదు. అది మన శరీరానికి కొంచెం విషపూరితం కావచ్చు లేదా శరీరంలో ఎక్కువ కాలం నిలవకపోవచ్చు. శాస్త్రవేత్తలు ఆ రసాయనంలో మార్పులు చేసి దానిని మెరుగుపరచాలి. దీనినే "లీడ్ ఆప్టిమైజేషన్" అంటారు.

వారు ఆ రసాయన అణువు ఆకారాన్ని మారుస్తారు, తద్వారా అది తన లక్ష్యం (Target) మీద సరిగ్గా కూర్చుంటుంది. శరీరం ఆ మందును సరిగ్గా పీల్చుకునేలా జాగ్రత్తలు తీసుకుంటారు. ఆ మందు గుండెకు లేదా కాలేయానికి ప్రమాదకరమా అని కూడా పరీక్షిస్తారు. ఈ పరీక్షలన్నింటిలో నెగ్గితే, ఆ రసాయనాన్ని "లీడ్ కాంపౌండ్" (Lead compound) అని పిలుస్తారు.

ప్రాసెస్ కెమిస్ట్రీ (Process Chemistry)

లీడ్ కాంపౌండ్ ఖరారైన తర్వాత, కంపెనీ దానిని భారీ మొత్తంలో తయారు చేయాల్సి ఉంటుంది. ప్రయోగశాలలో కొద్దిగా తయారు చేయడం సులభమే కానీ, క్లినికల్ ట్రయల్స్ కోసం వందల కిలోల మందును తయారు చేయడం చాలా కష్టం. దీనిని ప్రాసెస్ సింథసిస్ అంటారు.

మందు తయారీ విధానం ఈ క్రింది విధంగా ఉండాలి:

సురక్షితం: మందును తయారు చేసేటప్పుడు జరిగే రసాయన చర్యలు పేలిపోయేలా ఉండకూడదు. అవి ప్రమాదకరం కాకుండా ఉండాలి.

చౌక: మందు తయారీకి అయ్యే ఖర్చు సామాన్యులకు అందుబాటులో ఉండేలా తక్కువగా ఉండాలి.

శుభ్రత: మందు చాలా స్వచ్ఛంగా ఉండాలి. అందులో కల్తీలు ఉంటే రోగుల ఆరోగ్యం దెబ్బతింటుంది.

అణువుల నిర్మాణాన్ని విశ్లేషించడం

ఔషధ రసాయన శాస్త్రవేత్తలు తాము తయారు చేసిన రసాయనాలను పరిశీలించడానికి అనేక పరికరాలను ఉపయోగిస్తారు. ఒక అణువు మంచి మందుగా మారుతుందా లేదా అని తెలుసుకోవడానికి వారు లిపిన్స్కీ రూల్ ఆఫ్ ఫైవ్ అనే నియమాన్ని పాటిస్తారు. ఈ నియమం ఈ క్రింది విషయాలను గమనిస్తుంది:

ఆ అణువు ఎంత బరువు ఉంది.

అది ఎన్ని హైడ్రోజన్ బంధాలను (Hydrogen bonds) ఏర్పరచగలదు.

దానికి నీరు అంటే ఇష్టమా లేదా నూనె అంటే ఇష్టమా (లిపోఫిలిసిటీ).

వీరు తమ పరిశోధనను సరిచూసుకోవడానికి NMR మరియు మాస్ స్పెక్ట్రోమెట్రీ వంటి అత్యాధునిక యంత్రాలను వాడుతారు. తాము అనుకున్న రసాయనాన్నే తయారు చేశామా లేదా అని తెలుసుకోవడానికి ఈ యంత్రాలు శాస్త్రవేత్తలకు సహాయపడతాయి.

శిక్షణ మరియు విద్య

ఔషధ రసాయన శాస్త్రవేత్త కావడానికి చాలా సమయం పడుతుంది. ఇది చాలా కష్టమైన పని, దీనికి ఎంతో చదువు అవసరం. ఈ రంగంలో ఉన్న వారు చాలా ఏళ్ల పాటు నిరంతరం చదువుతూనే ఉంటారు.

చదువులో దశలు

బ్యాచిలర్ డిగ్రీ: కాలేజీలో మొదటి 4 ఏళ్ల చదువు. విద్యార్థులు సాధారణంగా రసాయన శాస్త్రాన్ని (Chemistry) ప్రధాన విషయంగా చదువుతారు.

పీహెచ్‌డీ (Ph.D.): దీనికి మరో 4 నుండి 6 ఏళ్ల సమయం పడుతుంది. చాలా మంది విద్యార్థులు కర్బన రసాయన శాస్త్రంలో తమ పీహెచ్‌డీ పూర్తి చేస్తారు. క్లిష్టమైన అణువులను ఎలా నిర్మించాలో ఇక్కడ నేర్చుకుంటారు.

పోస్ట్ డాక్టోరల్ ఫెలోషిప్: పీహెచ్‌డీ తర్వాత కూడా చాలా మంది శాస్త్రవేత్తలు మరో 2 ఏళ్ల పాటు పరిశోధనలు చేస్తూ కొత్త విషయాలు నేర్చుకుంటారు.

మొత్తంగా చూస్తే, ఒక మెడిసినల్ కెమిస్ట్ అవ్వడానికి ఒక వ్యక్తి 10 నుండి 12 ఏళ్ల పాటు చదువుకోవాలి. వారికి రసాయన శాస్త్రం, జీవశాస్త్రం మరియు మానవ శరీరం పనితీరు గురించి పూర్తి అవగాహన ఉండాలి.

వీరు ఎక్కడ పనిచేస్తారు?

చాలా మంది ఔషధ రసాయన శాస్త్రవేత్తలు పెద్ద పెద్ద మందుల కంపెనీలలో (Pharmaceutical companies) పనిచేస్తారు. కొందరు ప్రభుత్వ సంస్థలలో లేదా విశ్వవిద్యాలయాలలో పరిశోధనలు చేస్తారు. అమెరికా వంటి దేశాలలో, శాస్త్రవేత్తలు ఉద్యోగంలో చేరిన తర్వాతే "మెడిసినల్" విభాగాన్ని ఎక్కువగా నేర్చుకుంటారు. వారు మొదట కర్బన రసాయన శాస్త్రంలో గట్టి పట్టు సాధించి, ఆపై సీనియర్ శాస్త్రవేత్తల దగ్గర మందుల రూపకల్పన (Drug design) గురించి నేర్చుకుంటారు.

ఇది ఎందుకు ముఖ్యం?

ఔషధ రసాయన శాస్త్రం లేకపోతే మనకు ఆధునిక మందులు ఉండేవి కావు. ఈ శాస్త్రం క్యాన్సర్, మధుమేహం, ఇన్ఫెక్షన్ల వంటి భయంకరమైన వ్యాధులతో పోరాడటానికి సహాయపడుతుంది. రసాయనాలు మన కణాలతో ఎలా సంభాషిస్తాయో అర్థం చేసుకోవడానికి ఇది ఉపయోగపడుతుంది. ఒక అణువు ఆకారాన్ని కొంచెం మార్చడం ద్వారా, ఒక శాస్త్రవేత్త ఎంతో మంది ప్రాణాలను కాపాడగలడు.

ఈ శాస్త్రం భవిష్యత్తు వైపు కూడా అడుగులు వేస్తోంది. ప్రస్తుతం శాస్త్రవేత్తలు మందులను డిజైన్ చేయడానికి కృత్రిమ మేధస్సు (AI) సహాయం తీసుకుంటున్నారు. అలాగే రేడియో ఫార్మాస్యూటికల్స్ మీద కూడా దృష్టి పెట్టారు. ఇవి రేడియేషన్ సహాయంతో క్యాన్సర్ వంటి వ్యాధులను గుర్తించడానికి, చికిత్స చేయడానికి ఉపయోగపడతాయి.