การศึกษาฤทธิ์ทางชีวภาพ กลไกการออกฤทธิ์ของสาร และงานวิจัยด้านเคมีเชิงคำนวณ
สารผลิตภัณฑ์ธรรมชาติและสารอนุพันธ์ที่ได้จากการสังเคราะห์ จะนำมาศึกษาฤทธิ์ทางชีวภาพต่าง ๆ เช่น คุณสมบัติการยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์มะเร็ง คุณสมบัติการต้านอนุมูลอิสระ คุณสมบัติการยับยั้งเชื้อจุลชีพ ฤทธิ์ต้านการอักเสบ และอื่น ๆ เป็นต้น นอกจากนั้นทางห้องปฏิบัติการมีความร่วมมือกับห้องปฏิบัติการชีวเคมีศึกษากลไกการออกฤทธิ์ในระดับโมเลกุลของสารสำคัญจากพืชสมุนไพรที่สามารถออกฤทธิ์ต้านมะเร็ง ได้แก่การยับยั้งการแบ่งตัวเพิ่มจำนวนของเซลล์ (antiproliferation) การหยุดวงวัฏจักรของเซลล์ (cell cycle arrest) และชักนำการตายแบบอะพอพโตซิส (apoptotic induction) รวมถึงการยับยั้งการอักเสบที่เกี่ยวกับโรคมะเร็ง (cancer-related inflammation) ซึ่งเป็นส่วนที่มีสำคัญมากต่อการออกแบบสารและความเข้าใจทางโครงสร้างของสารออกฤทธิ์ การศึกษาที่ผ่านมาโดยกลุ่มวิจัยของเราพบว่าสาร sesquiterpene lactones อย่างเช่น vernodalin vernolepin และ vernolide จากต้นพิมพ์ไพลิน (Gymnanthemum extensum) และสาร uvamicranin B และ uvarigrin ซึ่งเป็นสารกลุ่ม acetogenins จากต้นน้ำเต้าน้อย (Uvaria micrantha) แสดงผลการออกฤทธิ์ยับยั้งในระยะแบ่งตัวของเซลล์มะเร็ง HepG2 (hepatocarcinoma cells) ที่ระยะ G2/M ซึ่งส่งผลให้เซลล์มะเร็งเกิดการตายแบบอะพอพโตซิส ข้อมูลดังกล่าวมีความสำคัญในการพัฒนาสารกลุ่ม sesquiterpene lactones และสารกลุ่ม acetogenins เพื่อใช้เป็นยารักษาโรคมะเร็งที่มีประสิทธิภาพต่อไป
การจำลองการจับกันของโมเลกุล (Molecular docking, MD) เป็นวิธีการวิเคราะห์โครงสร้างของลิแกน (ligand) ทั้งในเชิง conformation และ orientation ใน pocket site ของโปรตีน ซึ่งจะเรียกรวมกันว่า การวางตัว (pose) โดยตัวโปรแกรมจะค้นหา pose ที่เป็นไปได้ของสาร โดยการใช้แอลกอริทึ่มที่คำนึงถึง รูปร่าง และ แรงระหว่างโมเลกุล (electrostatic, van der Waals, Coulombic, and hydrogen bond interactions) และคำนวณค่าออกมาเป็นตัวเลขเรียกว่า scoring functions หรือ docking scores ซึ่งค่านี้จะบ่งบอกได้ว่าโมเลกุลมีความสามารถในการจับกับโปรตีนที่สนใจได้ดีหรือไม่ ด้วยเหตุนี้ MD จึงมีบทบาทสำคัญอย่างมากในกระบวนการค้นหายาในหลายปีที่ผ่านมานี้ MD ได้ถูกนำมาใช้ช่วยลดเวลาและค่าใช้จ่ายจากการทำ high throughput screening กับโมเลกุลหลาย ๆ ตัว การศึกษาโมเลกุลที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพเพื่อพัฒนาให้มีคุณสมบัติทางยาอย่างเฉพาะเจาะจง ลดการเกิดผลข้างเคียงนั้น จำเป็นที่จะต้องใช้เทคนิค MD และทำนายความความจำเพาะเจาะจงในการจับกับโปรตีนที่สนใจ (Protein of interest, POI) ของสาร อีกทั้งยังมีบทบาททำให้การปรับปรุงโครงสร้างทางเคมีของตัวยาดำเนินไปได้อย่างรวดเร็วและได้ผลสัมฤทธิ์ที่ดีอีกด้วย
ห้องปฏิบัติการวิจัยผลิตภัณฑ์ธรรมชาติมีการค้นพบสารจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติที่มีโครงสร้างหลากหลายตามที่กล่าวมาข้างต้น สารบางตัวที่ค้นพบนั้นยังไม่มีการรายงานถึงฤทธิ์ทางชีวภาพเท่าที่ควร เนื่องด้วยปริมาณที่สารที่สกัดได้มีจำนวนน้อยหรือเป็นสารที่ค้นพบขึ้นมาใหม่ ซึ่งนั่นเป็นขีดจำกัดของงานวิจัยทำให้ไม่สามารถนำสารผลิตภัณฑ์ธรรมชาติไปใช้ประโยชน์ทางการแพทย์ได้อย่างเต็มที่ การประยุกต์ใช้ MD ในการทำนายคุณสมบัติทางชีวภาพของสารจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติที่ค้นพบได้กับโปรตีนที่สนใจที่เกี่ยวข้องกับโรคต่าง ๆ นั้นจะเป็นการช่วยผลักดันการนำไปใช้ประโยชน์ของสารจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติได้อีกทางหนึ่ง โดยกลุ่มโรคที่ทางห้องปฏิบัติการ่วิจัยผลิตภัณฑ์ธรรมชาติสถาบันวิจัยจุฬาภรณ์ได้ให้ความสนใจในขณะนี้คือ โรคมะเร็ง โรคที่เกี่ยวกับการอักเสบ และโรคเมทบอลิกซินโดรมที่เกี่ยวข้องกับความอ้วน โดยได้มีการทำ library ของสารจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติและสารสังเคราะห์อนุพันธ์ของสารจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติจากห้องปฏิบัติการสถาบันวิจัยจุฬาภรณ์รวบรวมได้มากกว่า 1000 โมเลกุล เพื่อได้ library ที่มีความหลากหลายทางโครงสร้างสูง ที่จะนำไปคำนวณทางเคมีทำนายการจับกับโปรตีนที่สนใจที่เกี่ยวข้องกับโรคต่อไป การทำ MD จะช่วยทำให้คัดแยกสารโมเลกุลที่คาดว่าน่าจะมีฤทธิ์ทางชีวภาพกับโปรตีนที่สนใจและจะนำไปทดสอบฤทธิ์ทางชีวภาพจริงในขั้นต่อไปจนในที่สุดได้โมเลกุลที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพที่ดีที่สุด
