बीटा-लैक्टम की क्षमता और एंटी-कैंसर और एंटी-डायबिटिक दवाओं के रूप में इसका प्रभावी उपयोग।

परिचय

कार्बनिक यौगिकों के उस समूह को हेटेरोसाइक्लिक कंपाउंड के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, जिसमें तीन या अधिक परमाणु एक चक्रीय संरचना बनाने के लिए जुड़े होते हैं, जिसमें एक या अधिक हेटेरोएटम होते हैं।^{1. What are the different types of surgeries offered at Max Hospital? 2. What is the cost of a kidney transplant at Max Hospital? 3. What are the qualifications of the surgeons at Max Hospital? 4. What is the success rate of surgeries at Max Hospital? 5. What are the risks and complications associated with surgeries at Max Hospital? 6. What is the recovery process after surgery at Max Hospital? 7. What are the different types of anesthesia used during surgeries at Max Hospital? 8. What are the different types of pain management techniques used after surgery at Max Hospital? 9. What are the different types of rehabilitation programs offered after surgery at Max Hospital? 10. What are the different types of follow-up care provided after surgery at Max Hospital?}हेटेरोसाइक्लिक कंपाउंड में चक्रीय भाग यह दर्शाता है कि संरचना में कम से कम एक रिंग मौजूद है। बीटा-लैक्टम एंटीबायोटिक्स दवाओं का एक ऐसा वर्ग है जिस पर वैज्ञानिक और सार्वजनिक दोनों क्षेत्रों में बहुत चर्चा और शोध किया जाता है।²बीटा-लैक्टम, एक चार-सदस्यीय हेट्रोसाइक्लिक यौगिक, औषधीय रूप से महत्वपूर्ण यौगिकों में से एक है, क्योंकि इसके प्राकृतिक और सिंथेटिक बीटा-लैक्टम डेरिवेटिव दोनों में दिलचस्प जैविक गतिविधियाँ होती हैं।^{1, 2}पेनिसिलिन की खोज के बाद से, बीटा-लैक्टम को एक संभावित एंटीबायोटिक के रूप में मान्यता दी गई है। कैंसर एक विषम रोग है और इसे एक घातक कोशिका आबादी के विकास के रूप में पहचाना जा सकता है, जो अंततः सामान्य शारीरिक कार्यों और जीवनशैली में हस्तक्षेप करता है।³एंटी-कैंसर दवाएं प्राकृतिक उत्पादों का उपयोग करके बनाई जाती हैं, जिससे कुछ कीमोथेरेपी दवाओं के दुष्प्रभावों को कम किया जा सके।⁴वे ट्यूमर कोशिकाओं की वृद्धि को रोकने और एपोप्टोसिस (एक ऐसी प्रक्रिया जिसमें एक कोशिका आस-पास की कोशिकाओं को प्रभावित किए बिना स्वयं नष्ट हो जाती है) को प्रेरित करने पर ध्यान केंद्रित करते हैं, ताकि कैंसर कोशिकाओं की आबादी को कम किया जा सके।^4.5

एथेरोस्क्लेरोटिक कोरोनरी हार्ट डिजीज (CHD) जीवनशैली में बदलाव और आबादी में बढ़ते सीरम कोलेस्ट्रॉल के स्तर के कारण मृत्यु का प्रमुख कारण रहा है।⁵बीटा-लैक्टम का उपयोग संभावित और अत्यधिक प्रभावी कोलेस्ट्रॉल अवशोषण अवरोधक के रूप में भी किया जाता है।⁶हालिया शोध एंटीबायोटिक दवाओं की कैंसर के इलाज में संभावित भूमिका पर केंद्रित है (जैसे कि ब्लोमाइसिन)।

डायबिटीज़ मेलिटस (डीएम) एक मेटाबॉलिक डिसऑर्डर है जो इंसुलिन के स्राव और क्रिया में खराबी के कारण होता है। इंसुलिन की कमी के कारण कार्बोहाइड्रेट, वसा और प्रोटीन के मेटाबॉलिज्म में गड़बड़ी के साथ क्रोनिक हाइपरग्लाइसेमिया होता है, जो अंततः बड़ी आबादी के सामान्य चक्र को प्रभावित करता है।⁷बीटा लैक्टम विभिन्न साइक्लाइजेशन प्रक्रियाओं से प्राप्त होते हैं और इनका उपयोग संभावित एंटी-डायबिटीज़ दवाओं के रूप में किया जाता है। नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और सल्फर जैसे हेटेरोएटम की उपस्थिति, कई जैविक गतिविधियों को दर्शाती है, जैसे कि एंटीबैक्टीरियल, एंटी-ट्यूबरकुलर, एंटी-इंफ्लेमेटरी, एंटी एचआईवी (ह्यूमन इम्यूनोडेफिशिएंसी वायरस), एनाल्जेसिक, एंटी-डायबिटीज़, एंटी-कैंसर और एंटीकन्वल्सेंट। चित्र 1 हेटेरोसाइक्लिक यौगिकों के अनुप्रयोगों को दर्शाता है। इसके अतिरिक्त, ये हमारे आनुवंशिक पदार्थ - डीएनए (डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड) और आरएनए (राइबोन्यूक्लिक एसिड) के प्रमुख घटक हैं।⁸

चित्र 1:हेटेरोसाइक्लिक यौगिकों का उपयोग⁸

इतिहास और विकास

1928 में, सेंट मैरी हॉस्पिटल, पैडिंगटन, लंदन में इनोक्यूलेशन के डायरेक्टर, अलेक्जेंडर फ्लेमिंग ने देखा कि प्रयोगशाला की मेज पर रखे गए कुछ स्टैफिलोकोकस-इंजेक्टेड पेट्री-डिश, जिन्हें भूलकर वहीं छोड़ दिया गया था, गलती से पेनिसिलियम नोटैटम नामक एक फंगस से संक्रमित हो गए थे। उन्होंने यह भी देखा कि दूषित फंगस के चारों ओर एक पारदर्शी हेलो (अंगूठी जैसा) था, जिससे पता चलता है कि इसकी दीवारों में दरार आ गई है और स्टैफिलोकोकस कॉलोनियों की वृद्धि दर में कमी आई है। इससे पता चला कि फंगस कुछ जीवाणुरोधी, जैविक रूप से सक्रिय यौगिकों का उत्पादन कर सकता है।⁹

1932 में, फ्लेमिंग ने पेनिसिलियम नोटैटम मेटाबोलाइट्स से एक नए एंटीमाइक्रोबियल एजेंट की पहचान करने पर अपने काम के पूर्ण परिणाम प्रकाशित किए। 1943 में रॉबर्ट रॉबिन्सन ने पेनिसिलिन की रासायनिक संरचना की व्याख्या की और उसे स्पष्ट किया, जिससे भविष्य में नए ड्रग्स के संश्लेषण का मार्ग प्रशस्त हुआ। इन खोजों के लिए फ्लेमिंग, चेन और फ्लोरे को 1945 में फिजियोलॉजी या मेडिसिन में पहला नोबेल पुरस्कार दिया गया।^{9, 10}

1990 के दशक की शुरुआत तक किए गए शोध मुख्य रूप से बीटा-लैक्टम की जीवाणुरोधी गुणों पर केंद्रित थे। हालाँकि, हाल के वर्षों में, विभिन्न प्रकार की औषधीय गतिविधियों वाले नए β-लैक्टम डेरिवेटिव को संश्लेषित करने में फिर से रुचि बढ़ी है। इनमें कैंसर-रोधी प्रभाव, कोलेस्ट्रॉल अवशोषण अवरोध, थ्रोम्बिन और काइमेस अवरोध, विरोधी गतिविधि, साथ ही एंटी-डायबिटीज़, एंटी-इंफ्लेमेटरी, एंटी-पार्किंसोनियन और एंटी-एचआईवी गुण शामिल हैं।¹⁰

संरचना और नामकरण

लैक्टम एक चक्रीय एमाइड है जिसमें एक नाइट्रोजन परमाणु बीटा-कार्बन से जुड़ा होता है। 2-एज़ेटिडिनोन सबसे सरल बीटा-लैक्टम है। बीटा-लैक्टम एंटीबायोटिक दवाओं का वर्गीकरण उस रासायनिक प्रकृति पर निर्भर करता है जो बीटा-लैक्टम फार्माकोफोर इकाई से जुड़े रिंग में मौजूद होती है, जिससे एक गैर-समतलीय बाइसाइक्लिक ढांचा बनता है (चित्र 2)।^{10, 11}

चित्र 1:बीटा-लैक्टम एंटीबायोटिक्स का वर्गीकरण

बीटा-लैक्टम एज़ेटिडाइन्स का एक कार्बोनिल व्युत्पन्न है, जिसमें कार्बोनिल समूह दूसरी स्थिति पर होता है। यह एक चार-सदस्यीय चक्रीय एमाइड है, जिसमें रिंग की दूसरी स्थिति में एक ऑक्सो समूह होता है। बीटा-लैक्टम को 2-एज़ेटिडाइन्स भी कहा जाता है क्योंकि बीटा-लैक्टम किसी अन्य रिंग सिस्टम के साथ फ्यूज्ड नहीं होते हैं और इन्हें मोनोबैक्टीम के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। बीटा-लैक्टम एक अत्यधिक तनावपूर्ण और प्रतिक्रियाशील चक्रीय एमाइड है। इसमें पांच प्रासंगिक रिंग सिस्टम होते हैं, जिनमें पेनैम, कार्बपेनेम, सेफेम और मोनोबैक्टीम रिंग संरचना शामिल हैं। बीटा-लैक्टम की रसायन विज्ञान वैज्ञानिक रुचि को बढ़ावा देती है क्योंकि यह एंटीबैक्टीरियल एजेंटों और अन्य जैव सक्रिय यौगिकों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।⁸लगभग आधी सदी से, मोनोसाइक्लिक बीटा-लैक्टम को सुरक्षित और गैर-विषाक्त दवाएं माना जाता रहा है।¹²बीटा लैक्टम के लिए दो-आयामी आणविक संरचनाएँ बनाने के लिए परकिनएल्मर केमड्रॉ प्रोफेशनल संस्करण 19.0.0.22 का उपयोग किया गया।

मोनोसाइक्लिक बीटा-लैक्टम अपनी एंटीबैक्टीरियल गतिविधि के लिए जाने जाते हैं, लेकिन हाल के वर्षों में इन्हें अन्य चिकित्सीय क्षेत्रों में भी महत्वपूर्ण माना गया है। पहला मोनोसाइक्लिक बीटा-लैक्टम, नोकार्डिन ए, 1976 में नोकार्डिया यूनिफॉर्मिस नामक जीवाणु में खोजा गया था।13 2-एज़ेटिडिनोन रिंग और पेनिसिलिन की संरचना क्रमशः चित्र 3 और 4 में दर्शाई गई है।

चित्र 3:2-एज़ेटिडिनोन रिंग की संरचना।

चित्र 4:2-एज़ेटिडिनोन रिंग की संरचना।

चित्र 5:बीटा-लैक्टम की औषधीय क्रियाएं।^{5, 10, 13}

एंटी-कैंसर β-लैक्टम हाइब्रिड्स, जिन्हें मॉलिक्यूलर हाइब्रिडाइजेशन दृष्टिकोण से डिज़ाइन किया गया है, एंटीकैंसर फ्रैगमेंट्स के रूप में काम कर सकते हैं और अधिक शक्तिशाली साइटोटोक्सिक एजेंटों को संश्लेषित करने में मदद कर सकते हैं। “मॉलिक्यूलर हाइब्रिडाइजेशन (एमएच) विभिन्न प्रोटोटाइप के तर्कसंगत डिजाइन की एक रणनीति है, जो दो या अधिक ज्ञात बायोएक्टिव डेरिवेटिव के आणविक संरचना में फार्माकोफोरिक सब-यूनिट्स की पहचान पर आधारित है, जिससे नए हाइब्रिड स्कैफोल्ड्स का डिजाइन होता है जो मूल अणु के मूल टेम्पलेट्स की शक्तिशाली विशेषताओं को बनाए रखते हैं।”^2,10

यह रणनीति नए यौगिकों के निर्माण के लिए बहुत प्रभावी है, जिनमें मूल अणुओं की तुलना में बेहतर एंटीप्रोलिफेरेटिव गतिविधि होती है। इसके अतिरिक्त, हाइब्रिड को इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि वे मौजूदा दवाओं के ज्ञात दुष्प्रभावों को संतुलित कर सकें, क्योंकि वे एक ही अणु के रूप में अन्य लक्ष्यों पर कार्य करते हैं। इससे दवाओं के बीच होने वाली प्रतिक्रियाओं का जोखिम कम होता है और इस प्रकार उनकी प्रतिरोधक क्षमता भी कम होती है।¹⁰इसलिए, नई एंटीकैंसर दवाइयों को बनाने के लिए, विभिन्न एंटीकैंसर जैविक रूप से सक्रिय तत्वों को आणविक हाइब्रिडाइजेशन रणनीति के माध्यम से β-लैक्टम से जोड़ा जाता है।

एमएच रणनीति द्वारा विकसित एंटीकैंसर बीटा-लैक्टम हाइब्रिड्स के उदाहरण:

• थाइम 1,2,3-ट्रायाज़ोल-बीटा-लैक्टम हाइब्रिड्स।
• चाल्कोन-बीटा-लैक्टम हाइब्रिड्स।
• रेटिनॉइड-बीटा-लैक्टम हाइब्रिड्स।
• आइसैटिन-बीटा-लैक्टम हाइब्रिड्स
• बेंज़िमिडाज़ोल-बीटा-लैक्टम हाइब्रिड्स

ऐसे स्कैफोल्ड्स पर विचार करें जिनमें थाइमिन हेट्रोसायकल होता है, जो उत्कृष्ट एंटीकैंसर गतिविधि प्रदर्शित करते हैं, क्योंकि थाइमिन डीएनए और आरएनए का एक अभिन्न अंग है और यह जीवन की विभिन्न प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इन यौगिकों का संश्लेषण एक आणविक हाइब्रिडाइजेशन रणनीति के माध्यम से किया जा सकता है।¹⁰

चित्र 6 में दिखाए गए डिज़ाइन किए गए अणु का तीन मानव कैंसर सेल लाइनों (L1210, CEM, HeLa) के खिलाफ साइटोटोक्सिक अध्ययनों के लिए मूल्यांकन किया गया। HeLa (सबसे पुरानी और सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली मानव सेल लाइन) कोशिकाओं के खिलाफ इसकी एंटी-प्रोलिफेरेटिव गतिविधि, L1210 और CEM कोशिकाओं (CEM सेल, मानव टी कोशिकाओं से प्राप्त एक सेल लाइन) के खिलाफ गतिविधि की तुलना में कम स्पष्ट थी।

चित्र 6:थाइम1,2,3-ट्रायाज़ोल-बीटा-लैक्टम हाइब्रिड^{13, 15}

स्ट्रक्चर एक्टिविटी रिलेशनशिप

1. आर - बीएन ने सीईएम सेल्स के खिलाफ सबसे अच्छा एंटीप्रोलिफेरेटिव परिणाम दिखाया (आईसी50 = 3.4 µएम)।
2. सीईएम सेल्स और हेला सेल्स के बीच अच्छी तरह से अंतर किया गया।
3. फिनाइल रिंग पर मौजूद सब्स्टिट्यूएंट्स एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

बीटा-लैक्टम दवाएं, जिनका उपयोग हाइपोग्लाइसेमिक एजेंट के रूप में किया जाता है।

बीटा-लैक्टम (या एज़ेटिडिन-2-वन) एक उत्कृष्ट, अत्यधिक तनावपूर्ण हेट्रोसायक्लिक यौगिक है, जो अपने छोटे रिंग आकार के कारण होता है (चित्र 7)। बीटा-लैक्टम का बहु-कार्यात्मक स्पेक्ट्रम रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान के साथ-साथ फार्मास्युटिकल उत्पादों के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

चित्र 7:मोनोसाइक्लिक बीटा लैक्टम, जो एंटी-हाइपरग्लाइसेमिक गतिविधि दिखाते हैं।^{14, 15}

बीटा-लैक्टम का भविष्य, सेंसर के रूप में।

पेनिसिलिन के बीटा-लैक्टम रिंग, बैक्टीरियल रेप्लिकेशन के दौरान सेल वॉल सिंथेसिस को रोककर एंटीबायोटिक दवाओं की प्रभावशीलता को निर्धारित करते हैं। जब बीटा-लैक्टमेज़ बीटा-लैक्टम रिंग के क्लीवेज को उत्प्रेरित करता है, तो यह एक प्रोटॉन जारी करता है, जिससे पीएच कम हो जाता है। एक सेंसर एक ऐसा उपकरण है जो भौतिक उत्तेजनाओं पर प्रतिक्रिया करता है और मापन के लिए देखे गए आवेग को प्रसारित करता है।

बायोसेंसर का पहली बार 1962 में इस्तेमाल किया गया था। इनका उपयोग एंजाइमेटिक तरीके से ब्लड ग्लूकोज़ लेवल को मापने के लिए किया गया था, जिसमें ऑक्सीजन इलेक्ट्रोड का उपयोग करके ग्लूकोज़ ऑक्सीडेज़ के उत्पादों को देखा गया। सेंसर एक रिकॉग्निशन एलिमेंट और एक ट्रांसड्यूसर का उपयोग करके अपना काम करते हैं। रिकॉग्निशन एलिमेंट पर्यावरण में होने वाले बदलावों पर प्रतिक्रिया करता है, और ट्रांसड्यूसर उस बदलाव को एक इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल में बदल देता है, ताकि उस बदलाव को देखा जा सके।¹⁶एक बायोसेन्सर एक विश्लेषणात्मक उपकरण है जो जीवन के लिए आवश्यक प्रक्रियाओं के बारे में जानकारी की निगरानी और संचार करता है। बायोसेन्सर एक ऐसा उपकरण है जिसमें एक जैविक घटक होता है – एक एंजाइम या बैक्टीरिया जो एक लक्षित इकाई के साथ प्रतिक्रिया करता है और एक संकेत देखा जाता है। आजकल, एक सेंसिंग सिस्टम (छद्म-सेंसर) विकसित किया गया है जो बीटा-लैक्टेमास जैसे एंजाइमों की गतिविधि को मापने के लिए उपयोग किया जाता है। विभिन्न प्रकार के बायो-सेंसिंग सिस्टम हैं, जैसे कि आणविक, सेलुलर और ऊतक-आधारित। पूरे सेल-आधारित बायो-सेंसिंग सिस्टम प्रभावी होते हैं क्योंकि वे अलग-अलग तापमान और पीएच वाले वातावरण में स्थिर होते हैं, जिससे वे शारीरिक रूप से प्रासंगिक होते हैं और जैवउपलब्धता अध्ययनों का संचालन करने की अनुमति देते हैं। सेंसिंग सिस्टम में, एक ट्रांसड्यूसर के बजाय, फ्लोरोसेंट प्रोटीन का उपयोग किया जाता है, जैसे कि जीएफपी (ग्रीन फ्लोरोसेंट प्रोटीन), एकोरिन, फायरफ्लाई ल्यूसिफेरेज, बैक्टीरियल ल्यूसिफेरेज और रेड फ्लोरोसेंट प्रोटीन।^{16, 17}

हम विभिन्न एंजाइमों पर शोध को आगे बढ़ा सकते हैं ताकि यह जांचा जा सके कि वे मानव शरीर में कैसे काम करते हैं, जिसमें β-लैक्टम रिंग मौजूद है, और यह रिंग की संवेदनशीलता के कारण उनके संरचनात्मक गुणों को दर्शाता है। हम विभिन्न यौगिकों का उपयोग सेंसिंग एजेंट के रूप में भी कर सकते हैं ताकि पेशेंट का इलाज किया जा सके या उन्हें जल्दी ठीक होने के लिए कुछ दवाएं दी जा सकें।^{17, 18}बीटा-लैक्टम एंटीबायोटिक्स का कार्य करने का तरीका यह है कि बीटा-लैक्टम रिंग ट्रांसपेप्टिडेज़, कार्बोक्सीपेप्टिडेज़ और एंडोपेप्टिडेज़ से सहसंयोजक रूप से जुड़ती है और उन्हें बाधित करती है। ये सभी एंजाइम पेप्टिडोग्लाइकन कोशिका भित्ति के संश्लेषण के अंतिम चरणों में आवश्यक होते हैं।

इन सभी सेंसिंग डिवाइसों को इस तरह विकसित किया गया था कि जीवित कोशिकाओं में एंटीबायोटिक दवाओं के प्रति प्रतिरोध विकसित होने के बजाय, बीटा-लैक्टेमेज़ को निष्क्रिय करने के तरीके खोजे जा सकें।19,20 इसलिए, हम कैंसर और डायबिटीज़ के लिए सेंसिंग डिवाइसों के बारे में जागरूकता बढ़ा सकते हैं और उनके उपयोग को बढ़ावा दे सकते हैं, जिसमें इनका उपयोग डिटेक्शन, माप और ट्रीटमेंट के लिए किया जा सकता है।

निष्कर्ष

पिछले कुछ दशकों में, एंटीमाइक्रोबियल रेजिस्टेंस एक दिलचस्प वैज्ञानिक अवलोकन से बढ़कर एक महत्वपूर्ण चिकित्सा चिंता बन गया है। मोनोसाइक्लिक बीटा-लैक्टम को सुरक्षित और गैर-विषाक्त दवाएं माना जा सकता है, क्योंकि इनका उपयोग पांच दशकों से अधिक समय से किया जा रहा है। पिछले तीस वर्षों में कोई नया बीटा-लैक्टम उपवर्ग नहीं खोजा गया है, बीटा-लैक्टम पर शोध में कमी आई है, लेकिन बीटा-लैक्टम और उनके डेरिवेटिव के शक्तिशाली दवाओं के रूप में अध्ययन जारी है। बीटा-लैक्टम से विकसित नई दवा की रासायनिक संरचना की बेहतर समझ और विभिन्न संभावित गतिविधियों, जैसे कि एंटी-कैंसर गतिविधि, कोलेस्ट्रॉल अवशोषण निरोधी गतिविधि, काइमेस निरोधन, एंटागोनिस्ट गतिविधि, एंटी-डायबिटिक, एंटी-इंफ्लेमेटरी, एंटी-पार्किंसोनियन और एंटी-एचआईवी गतिविधि के लिए इसके तंत्र का अध्ययन करना आवश्यक है। यह ज्ञान सेंसिंग तकनीकों का उपयोग करके प्रतिरोधी बैक्टीरिया के प्रसार और विकास को कम करने के लिए आवश्यक चिकित्सीय, स्क्रीनिंग और नियंत्रण रणनीतियों को विकसित करने के लिए महत्वपूर्ण है।