합성 및 설계된 벤즈이미다졸 유도체는 미세소관을 표적화할 수 있을 뿐만 아니라 형광 분자로서 높은 양자 수율을 갖는다. 따라서 미세소관을 표적으로 하는 항암제 개발 및 바이오마커 검출에 활용될 수 있다.
미세소관 표적화제는 항암 약물 발견을 위한 잠재적인 약물 후보다. 합성 분자에 의한 미세소관 형성을 방해하거나 그 과정을 억제하면 우수한 항암제 후보물질이 될 수 있다. 2,5-substituted-1H-benzo[d]imidazole 유도체는 튜불린 속 콜히친 및 노코다졸 결합 부위를 타켓팅 할 수 있는 높은 잠재력을 가진다. 약 20 개의 Benzimidazole 유도체가 간단한 반응 조건을 이용해 73% 내지 93% 수율로 합성되었다. 합성된 화합물은 A549 세포, MCF-7 세포 및 AsPC-1 세포를 포함한 3 개의 서로 다른 암세포주에서 우수한 항암 활성을 보였다. 특히 화합물 BE-3, BE-7, BE-8 및 BE-10 은 3 가지 다른 암 세포주에서 IC50 값이 0.11nM ~ 23μM 의 범위를 가지고 있는 우수한 후보다. 튜불린 중합 분석 및 세포 면역 형광 실험을 통해 화합물 BE-3, BE-8 및 BE-10 이 미세소관 안정제인 Paclitaxel, 그리고 BE-7 이 미세소관 불안정제인 Nocodazole 과 유사한 특성을 따르는 것으로 나타났다. 또한 BE-3, BE-7, BE-8, BE-10 은 A549 세포주에서 G2/M 기에서 세포주기 정지를 보였다. BE-7 의 경우 대표적인 미세소관 안정제인 Paclitaxel 과 미세소관 불안정화제인 Nocodazole 과 유사한 효과를 보였다. BE-3, BE-7, BE-8 및 BE-10 의 예측된 ADME 특성 및 약물 유사 특성은 이러한 화합물이 우수한 미세소관 표적화제를 개발하기 위한 추가 연구를 위한 핵심 화합물로 사용될 수 있음을 나타낸다.
우리는 혈청 및 우유 샘플에서 Cys 를 매우 선택적이고 고감도로 검출하기 위해 N-치환 acrylate 작용기가 있는 1H-benzo[d]imidazole 유도체인 프로브 AB-MOE 를 설계하고 합성했다. AB-MOE 는 Cys 에 대한 탁월한 선택성을 보여주었다. AB-MOE 를 사용하면 효율적인 화학 센서의 중요한 품질인 형광 턴온 효과로 Cys 를 검출할 수 있다. AB-MOE 는 UV-visible 및 형광 분광법에 의해 각각 67.5nM 및 39.8nM 의 검출 한계를 보여줬다. 다른 분석 물질과 비교하여 Cys 만이 AB-MOE 의 Benzimidzole 고리에서 acrylate 작용기를 제거하여 뚜렷한 형광 턴온 효과를 나타낸다. 따라서 AB-MOE 의 높은 선택성과 높은 감도는 혈청 및 우유 샘플에서 Cys 를 검출하는 데 탁월한 화학 센서다. 회수율 연구를 통해 실제로 샘플 매트릭스 구성 요소의 간섭 없이 임상 환경 (혈청 샘플) 및 식품 산업 (우유 샘플)에서 Cys 를 검출하기 위한 AB-MOE 의 이중 기능 적용 가능성이 있음을 보여줬다.
인간의 소변과 살아있는 세포에서 시스테인의 측정은 생물학적 대사를 평가하고, 면역 체계를 모니터링 및 유지하고, 자유 라디칼로 인한 조직/DNA 손상을 예방하고, 자가면역 질환을 예방하고, 시스틴뇨증 및 암과 같은 장애를 진단하는 데 중요하다. 형광 턴온 프로브와 휴대용 형광 분광기 장치를 사용하는 방법은 고감도, 단순, 신속 및 저렴한 시스테인 검출에 매우 중요하다. 여기에서 우리는 인공 소변에서 시스테인을 검출하기 위한 휴대용 형광 분광계 장치 (CysDDev)의 설계 및 개발과 함께 Benzimidazole 기반 형광 프로브 (ABIA)의 합성 및 적용을 소개한다. ABIA 는 단 1 분의 반응시간으로 호모시스테인, 글루타티온 등 기타 아미노산에 비해 시스테인 검출에 탁월한 선택성과 민감도를 보였고, 개발된 CysDDev 를 이용하여 16.3 nM 의 검출 한계를 보였다. 또한, ABIA 는 세포 내 시스테인을 검출하는 유용성을 입증하여 바이오 이미징 분석에 탁월한 프로브임을 보여줬다.