สนับสนุนโดย สกว. HSM     

 
QSAR สำหรับการทำนายความเป็นพิษของสารเคมี
ผู้เขียน: วราภรณ์ จังธนสมบัติ พรทิพย์ บุญศรี และสุภา หารหนองบัว
หน่วยงาน: ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ จตุจักร กรุงเทพฯ
โทร 02 562 5555 ต่อ 2140 e-mail : fscisph@ku.ac.th
วันที่: 24 ม.ค. 2553

บทนำ 

            ปัจจุบันโลกของเรามีการใช้สารเคมีเป็นจำนวนมากกว่า 70,000 ชนิด และยังมีอีกหลายชนิดที่กำลังถูกสังเคราะห์ขึ้น ทั้งนี้เนื่องจากสารเคมีมีความเกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวันของมนุษย์อยู่ตลอดเวลา อาทิเช่น การใช้ยาปราบศัตรูพืชสำหรับการทำเกษตรกรรม การใช้สีย้อมในกระบวนการฝอกย้อมเครื่องหนัง เสื้อผ้า รวมทั้งการย้อมสีอาหารเพื่อความสวยงาม ดังนั้นมนุษย์จึงควรตระหนักถึงผลกระทบจากการใช้สารเคมี ซึ่งอาจก่อให้เกิดผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมรวมถึงสุขภาพของมนุษย์ ด้วยเหตุนี้การศึกษาความเป็นพิษของสารเคมี จึงเป็นแนวทางหนึ่งที่สามารถประเมินความเสี่ยงของสารเคมีที่ใช้ได้ อีกทั้งยังเป็นการเตรียมพร้อมที่จะรับมือต่อกฎหมาย REACH (Registration, Evaluation and Authorisation of Chemicals) ที่สหภาพยุโรป (EU) ได้ทำการเสนอขึ้น เพื่อควบคุมการผลิตและการใช้สารเคมี ดังนั้น QSAR (Quantitative structure-activity relationship) หรือ Computational Toxicity จึงเป็นเทคนิคหนึ่งที่ได้รับความสนใจเป็นอย่างมากในการทำนายความเป็นพิษของสารเคมี เนื่องจากเป็นวิธีที่สอดคล้องกับวัตถุประสงค์ของกฎระเบียบ REACH ในเรื่องของการลดจำนวนสัตว์ทดลองเพื่อใช้ในการทดสอบความเป็นอันตราย และการจำแนกความเป็นพิษของสารเคมี (European Directive on the Protection Laboratory Animals) รวมถึงช่วยลดจำนวนเงินและระยะเวลาในการทดสอบ

เทคนิค QSAR สำหรับการทำนายความเป็นพิษของสารเคมี

            QSAR คือ โมเดลทางคณิตศาสตร์ที่แสดงถึงความสัมพันธ์เชิงปริมาณ ระหว่างโครงสร้างสาร (structure of chemical) กับ การออกฤทธิ์ทางชีวภาพ (biological activity) หรือความเป็นพิษ (toxicity) ของสารเคมี โดยค่าการออกฤทธิ์ทางชีวภาพหรือค่าความเป็นพิษของสารเคมีจะขึ้นอยู่กับสมบัติทางโครงสร้างของสารเคมี ซึ่งรูปแบบทั่วไปของสมการ QSAR คือ

Biological activity/Toxicity  =  ¦(Structural Properties หรือ Physicochemical properties)

            ดังนั้นจากโมเดล QSAR จึงสามาถใช้ในการทำนายค่าความเป็นพิษของสารเคมีโมเลกุลอื่นๆ ได้ดังตัวอย่างต่อไปนี้ จากสมการ

log 1/LC50  =  1.326  + 0.393 (logKow) – 0.428 (Elumo) + 0.011 (Vol.)

            ซึ่งได้จากการศึกษาความเป็นพิษแบบเฉียบพลันของอนุพันธ์เบนซีนที่มีต่อลูกอ๊อดโดย Huang และคณะ ในปี 2003 พบว่า ค่าความเป็นพิษของสารอนุพันธ์เบนซีน (log 1/LC50) ขึ้นอยู่กับสมบัติสามอย่างของสารคือ ความมีขั้วของสาร (logKow) สมบัติทางอิเล็กตรอน (Elumo) และขนาดของโมเลกุล (Vol.) ดังนั้นเมื่อมีการสังเคราะห์สารโมเลกุลใหม่ที่จัดอยู่ในกลุ่มของอนุพันธ์เบนซีน จะสามารถใช้สมการ QSAR ดังกล่าวนี้ มาทำนายหาค่าความเป็นพิษของสารใหม่ได้ โดยเริ่มจาก คำนวณหาค่า (logKow)  (Elumo)  และ (Vol.) ของสารใหม่ จากนั้นแทนค่าสมบัติทั้งสามนี้ลงในสมการ ก็จะได้ค่าทำนายของค่าความเป็นพิษของสารใหม่ ดังแผนภาพด้านล่าง

            และเนื่องจากเทคนิค QSAR ช่วยลดระยะเวลาและต้นทุนในการศึกษาสมบัติต่างๆของสาร ดังนั้นจึงถูกใช้อย่างแพร่หลายทั้งในด้านการออกแบบโมเลกุลยา เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการออกฤทธิ์ของยา ด้านอุตสาหกรรมเคมี เพื่อใช้ในการออกแบบสารสังเคราะห์ใหม่ๆที่มีคุณภาพมากขึ้น รวมถึงด้านสิ่งแวดล้อม เพื่อใช้ในการทำนายค่าความเป็นพิษของสารเคมี ดังตัวอย่างโปรแกรมในตารางที่ 1 ซึ่งใช้ในการทำนายสมบัติและความเป็นพิษของสารเคมี โดยอาศัยเทคนิค QSAR

ตารางที่ 1 ตัวอย่างโปรแกรมที่ใช้ในการทำนายสมบัติและความเป็นพิษของสารเคมี โดยอาศัยเทคนิค QSAR

ชื่อโปรแกรม

คุณสมบัติของโปรแกรม

Discovery Studio TOPKAT (Toxicity Prediction by Komputer Assisted technology) ใช้ในการทำนายค่าความเป็นพิษของสารเคมี เช่น skin sensitization, eye irritancy และ rat oral LD50 เป็นต้น
Discovery Studio ADMET (Absorption, Distribution, Metabolism, Excretion and Toxicity)  
ใช้ในการทำนายสมบัติ ADMET ของสารเคมี เช่น blood brain barrier penetration of molecule, solubility และ cytochrome P450 2D6 enzyme inhibition เป็นต้น
ECOSAR (Ecological Structure Activity Relationships) ใช้ในการทำนายค่าความเป็นพิษของสารเคมีที่มีต่อระบบนิเวศทางน้ำ (aquatic toxicity) เช่น fish LC50 Daphnia LC50  และGreen Algae EC50
CASE (Computer-Automated Structure Evaluation) ใช้ในการทำนายสมบัติ ADME และค่าความเป็นพิษของสารเคมี เช่น sensitization, carcinogenicity และ ecotoxicity เป็นต้น
DEREK (Deductive Estimation of Risk from Existing Knowledge) ใช้ในการทำนายค่าความเป็นพิษของสารเคมี เช่น skin sensitization, eye irritation และmutagenicity เป็นต้น
T.E.S.T. (Toxicity Estimation Software Tool) ใช้ในการทำนายค่าความเป็นพิษของสารเคมี เช่น fathead minnow LC50 rat oral LC50  และTetrahymena pyriformis IGC50 เป็นต้น


เอกสารอ้างอิง :

1. Amini, A.; Muggleton, H.; Lodhi, H.; Sternberg, J.E.  J. Chem. Inf. Model., 2007, 47, 998.

2. Cronin, T.D.; Jaworska, S.; Walker, D.; Comber, H.I.; Watts, D.; Worth, P. Envirommental Health Perspectives, 2003, 111, 1391.

3. Huang, H.; Wang, X.; Ou, W.; Zhao, J.; Shao, Y.; Wang, L. Chemosphere, 2003, 53, 963.

4. Lessigiarska, I.; Cronin, M.T.D.; Worth, A.P.; Dearden, J.C.; Netzeva, T.I. SAR QSAR Environ. Res., 2004, 15, 169.

5. Shoji, R. Current Computer-Aided Drug Design, 2005, 1, 65.

6. Accelrys Inc. 2009. Avialable: http://accelry.com/products/discovery-studio/toxicology/ (accessed 15 August 2009).

7. Accelrys Inc. 2009. Avialable: http://accelrys.com/products/discovery-studio/ADMET/ (accessed 15 August 2009).

8. MultiCASE Inc. 2009. Avialable: http://www.multicase.com/products/products.htm (accessed 15 August 2009).

9. U.S. EPA. 2009. Avialable: http://www.epa.gov/oppt/newchems/tools/21ecosar.htm (accessed 15 August 2009).

10. U.S. EPA. 2008. Avialable: http://www.epa.gov/nrmrl/std/cppb/qsar/testuserguide.pdf (accessed 15 August 2009).

 
  ข้อคิดเห็น
   
ข้อคิดเห็นที่ 1:4

Stay with this guys, you're hlepnig a lot of people.

โดย:  Zeynep  [26 ต.ค. 2555 23:22]
 
   
ขอเชิญร่วมแสดงข้อคิดเห็น
 
จาก:
อีเมล:
ข้อคิดเห็น:
 
 
© สงวนลิขสิทธิ์
หากมีข้อสงสัย หรือคำแนะนำ โปรดแจ้งมาที่ chemtrack@gmail.com
จำนวนผู้เข้าชม
42245304
ตั้งแต่ 17 กรกฎาคม 2546