Design, Synthesis, Molecular Docking, and In Vitro Cytotoxic Evaluation of Novel Isoniazid-Tethered 1,3,4-Thiadiazole Derivatives as Potential Anticancer Agents

تخيل جسم الإنسان كمدينة تقنية عالية التطور تعج بالحركة، حيث الخلايا هي المواطنون الذين ينقسمون باستمرار ويبنون أحياء جديدة للحفاظ على سير كل شيء بسلاسة. عادةً ما يتبع طاقم البناء هذا المخططات الصارمة ويتوقف عن العمل عند انتهاء المهمة. ولكن في بعض الأحيان، يتجاهل بعض المواطنين المارقين إشارات التوقف، ويتكاثرون بجنون ويستولون على المناطق الصحية. هذا هو السرطان. وفي مدينة الثدي، غالبًا ما ترتدي مجموعة محددة من المثيرين للمشاكل شارة زاهية وكبيرة الحجم تسمى HER2. تعمل هذه الشارة مثل شعلة إشارة فائقة القوة، تصرخ "انمو! انمو! انمو!" إلى الخلايا، مما يتسبب في تكاثرها بشكل لا يمكن السيطرة عليه. وبينما يمتلك الأطباء أدوات لمحاربة خلايا HER2 الإيجابية هذه، فإن الأسلحة الحالية قد تؤذي أحيانًا قلب المدينة أو تسبب آثارًا جانبية سيئة أخرى، لذا يبحث العلماء دائمًا عن مفاتيح أكثر ذكاءً ودقة لإغلاق شعلات الإشارة تلك.

للعثور على هذه المفاتيح، يستخدم الباحثون مزيجًا من العمل الاستقصائي الرقمي والكيمياء الواقعية. إنهم يصممون أشكالًا جزيئية صغيرة تبدو وكأنها ستناسب تمامًا "القفل" الموجود في شارة HER2، مما يعيق الإشارة. أحد الأشكال الشهيرة التي يحبون بناءها هو حلقة 1,3,4-thiadiazole، وهي بنية جزيئية خماسية الأضلاع مكونة من النيتروجين والكبريت أظهرت وعودًا في إيقاف الخلايا السرطانية في الماضي. كما يحبون ربط قطعة من الـ isoniazid، وهو جزيء مشهور بمحاربة السل، ليروا ما إذا كان الجمع بين هاتين الفكرتين سيخلق أداة خارقة. الهدف هو إنشاء عقار جديد يناسب قفل HER2 بإحكام شديد بحيث يوقف محرك نمو السرطان دون التسبب في الكثير من الفوضى في أماكن أخرى من الجسم.

في هذه الدراسة، قرر فريق من العلماء من جامعة إم إس رامايا للعلوم التطبيقية بناء "مرآب كامل" من هذه المفاتيح الجزيئية الجديدة. صمموا 20 نوعًا مختلفًا من جزيئات الـ 1,3,4-thiadiazole المرتبطة بالـ isoniazid. وقبل أن يخلطوا الكيماويات في المختبر، استخدموا برنامج حاسوب قوي يسمى "الالتحام الجزيئي" (molecular docking) ليروا مدى جودة ملاءمة كل مفتاح افتراضي لقفل HER2 (تحديدًا نسخة من البروتين مخزنة في قاعدة بيانات تحمل المعرف 7PCD). فكر في الأمر كأنه لعبة فيديو حيث يقومون بمحاكاة إسقاط آلاف قطع الأحجية المختلفة في فتحة معينة ليروا أي منها يستقر في مكانه بشكل أفضل.

كانت محاكاة الحاسوب نجاحًا باهرًا. فمن بين التصاميم العشرين، برزت ثلاثة كأفضل الملاءمات، بمدى درجات يتراوح بين -8.7 و -10.2 كيلو سعرة/مول، مما يشير إلى قبضة قوية جدًا على الهدف. وقد سُميت الأداءات الأعلى BVSBSN10 و BVSBSN18 و BVSBSN19. لم يكتفِ الباحثون بشاشة الحاسوب فحسب؛ بل أجروا أيضًا محاكاة "الديناميكا الجزيئية"، وهي تشبه وضع أفضل مفتاح (BVSBSN18) في القفل ومشاهدة فيلم لتفاعلهما لمدة 100 نانو ثانية. أظهر ذلك أن المفتاح لم يتناسب فحسب، بل ظل مستقرًا في مكانه دون الكثير من التذبذب، مما يشير إلى اتصال مستقر. كما تحققوا من "شبه العقار" لهذه الجزيئات باستخدام أداة SwissADME، والتي تعمل مثل ضابط مراقبة الجوازات، للتأكد من أن الجزيئات تتبع القواعد (قاعدة ليبينسكي للخمسة) ليتم امتصاصها والتحرك جيدًا عبر الجسم. وقد اجتاز معظم التصاميم هذا الفحص.

بمجرد أن أعطى الحاسوب الضوء الأخضر، انتقل الفريق إلى العالم الحقيقي. قاموا بتخليق (بناء) مجموعة مختارة من هؤلاء المرشحين الأوائل في المختبر وأكدوا هياكلهم باستخدام أدوات تصوير متقدمة مثل IR و NMR والمطيافية الكتلية. ثم اختبروا هذه الجزيئات الجديدة ضد خلايا سرطان الثدي البشرية MCF-7 في طبق بتري باستخدام اختبار يسمى مقايسة MTT. يقيس هذا الاختبار عدد الخلايا السرطانية التي تنجو بعد التعرض للعقار. كانت النتائج واعدة ولكنها محددة: أظهر المركب المسمى BVSBSN2C (وهو مشتق 2-chloro-5-nitro) أقوى قدرة على إيقاف نمو الخلايا السرطانية، مع قيمة IC50 بلغت 53.21 ميكروغرام/ملل. وهذا يعني أنه استغرق 53.21 ميكروغرام لكل مليلتر من العقار لقتل نصف الخلايا السرطانية في الاختبار. كما أظهر المرشحان الآخران الأبرزان، BVSBSN1C و BVSBSN3C، نشاطًا أيضًا ولكنهما كانا أقل قوة قليلاً، بقيم IC50 بلغت 61.98 ميكروغرام/ملل و 63.41 ميكروغرام/ملل على التوالي.

تخلص الدراسة إلى أن مشتقات الـ isoniazid-tethered 1,3,4-thiadiazole هي بالفعل مرشحات محتملة لمحاربة سرطان الثدي الإيجابي لـ HER2. وبينما اقترحت محاكاة الحاسوب ملاءمة قوية جدًا وأظهرت الاختبارات المعملية قدرة حقيقية على قتل الخلايا، يشير المؤلفون إلى أن هذه النتائج في مراحلها الأولى. توضح هذه العمل أن هذا الهيكل الجزيئي المحدد يستحق المزيد من الاستكشاف، مما يوفر مسارًا جديدًا لتطوير أدوية يمكن أن تساعد يومًا ما في علاج سرطان الثدي العدواني، لكنها تظل خطوة في رحلة أطول بكثير من الاكتشاف.