許多藥物是通過抑制特定蛋白質活性來影響細胞代謝的。為此，在蛋白囊狀功能體中，實現藥物與靶蛋白的結合，是完成該目標的關鍵。這種結合過程也可以改變蛋白質表面結構（這種現象稱為蛋白質的構象變化），并打開有利于攜帶活性藥物的新囊腔。

充分利用這些新結構是藥物研究的“圣杯”，這是因為它們有機會提高活性藥物的選擇性，并減少副作用。然而，利用目前監測蛋白質表面結構的傳統生物物理方法，要實現這一突破非常困難。雖然X射線晶體成像和核磁共振很高效，但它們的使用成本太高，且需要數周才能得到結果。因此，急需一種快速監測蛋白質結構的新工具來解困該現狀。

利用紅外傳感器追蹤蛋白質構象變化

據麥姆斯咨詢報道，Klaus Gerwert與其德國波鴻魯爾大學（Ruhr-Universitat Bochum）的研究團隊利用紅外（IR）傳感器解決了該挑戰，可在幾分鐘內實現追蹤蛋白質構象變化。該紅外傳感器基于一種紅外線可穿透的晶體設計而成，可實現吸收光譜的追蹤。

當蛋白質在傳感器表面結合時，會利用含有活性藥物的液體進行清洗，然后對記錄的光譜數據進行分析。紅外光譜與蛋白質結構之間的相關性，可直接對頻譜進行分子解析，并研究活性藥物所誘發的蛋白質構象變化。該研究于2018年5月17日發表于Angewandte Chemie期刊。

研究人員通過研究熱休克蛋白90（HSP90）的抑制，探究了這款傳感器的應用，HSP90可幫助細胞中新轉譯的蛋白質形成正確的3D結構，并且是腫瘤細胞快速生長所需要物質。研究人員利用不同特異性結合模式，專門研究了HSP90中不同化合物所誘發的蛋白質構象變化。

HSP90蛋白質正在進行構象變化的示意圖

由吸收光譜得出的結論與X射線數據所得到的結果相吻合，清晰地表明：該紅外傳感器可用于跟蹤構象變化。為了進一步驗證該技術，研究人員還測量了幾種化合物在同一時間相互作用的吸光度，并確認其各自結合模式。將理論結果與后來的晶體學實驗結果相比較發現，在這兩種情況下，即使構象差異很小，傳感器均能識別正確的結合模式。

紅外傳感器助力設計更高效的藥物

藥物在體內的藥效期與其分子脫離靶蛋白的速率相對應。活性藥物與靶蛋白質結合的時間越長，藥效就越好，所產生的副作用也就越小。基于紅外傳感器技術，可以通過近乎實時地提供藥物與靶蛋白間相互作用的信息，來幫助制藥公司設計新型且更高效的藥物。