Photochromic Fentanyl Derivatives for Controlled μ‐Opioid Receptor Activation

Lahmy, Ranit; Hübner, Harald; Schmidt, Maximilian F.; Lachmann, Daniel; Gmeiner, Peter; König, Burkhard

doi:10.1002/chem.202201515

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“…[36][37] Hence, AAP are extensively utilized for ligand associated reversible multivalent interaction [59] and modulating the activity of biological receptors with remarkable photopharmacological properties. [60] Moreover, the azoheteroarenes are significantly more water soluble compared to AB, which facilitates their biological applications. Recently, Gmeiner and König and co-workers reported a series of AAP-functionalized fentanyl ligands to selectively bind with the μ-opioid receptor (μOR) depending on the photo-isomerization (Figure 3a).…”

Section: 3 Photopharmacologymentioning

confidence: 99%

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Azoheteroarene and Diazocine Molecular Photoswitches: Self‐Assembly, Responsive Materials and Photopharmacology

2023

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Aromatic units tethered with an azo (−N=N−) functionality comprise a unique class of compounds, known as molecular photoswitches, exhibiting a reversible transformation between their E‐ and Z‐isomers in response to photo‐irradiation. Photoswitches have been explored extensively in the recent past to prepare dynamic self‐assembled materials, optoelectronic devices, responsive biomaterials, and more. Most of such materials involve azobenzenes as the molecular photoswitch and to date, SciFinder lists more than 7000 articles and 1000 patents. Subsequently, a great deal of effort has been invested to improve the photo‐isomerization efficiency and related mesoscopic properties of azobenzenes. Recently, azoheteroarenes and cyclic azobenzenes, such as arylazopyrazoles, arylazoisoxazoles, arylazopyridines, and diazocines, have emerged as second generation molecular photoswitches beyond conventional azobenzenes. These photoswitches offer distinct photoswitching behavior and responsive properties which make them highly promising candidates for multifaceted applications ranging from photoresponsive materials to photopharmacophores. In this minireview, we introduce the structural refinement and photoresponsive properties of azoheteroarenes and diazocines and summarize the state‐of‐the‐art on utilizing these photoswitches as responsive building blocks in supramolecular assembly, material science and photopharmacology, highlighting their versatile photochemical behavior, enhanced functionality, and latest applications.

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Section: 3 Photopharmacologymentioning

confidence: 99%

“…(a) Interaction with μ-opioid receptor. [60] (b) Optical control of metabolizing enzymes. [61] (c) Selective degradation of protein.…”

Section: 3 Photopharmacologymentioning

confidence: 99%

Azoheteroarene and Diazocine Molecular Photoswitches: Self‐Assembly, Responsive Materials and Photopharmacology

2023

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“…[36][37] Daher werden AAP in großem Umfang für ligandenassoziierte reversible multivalente Wechselwirkungen [59] und die Modulation der Aktivität biologischer Rezeptoren mit bemerkenswerten photopharmakologischen Eigenschaften genutzt. [60] Des Weiteren sind die Azoheteroarene im Vergleich zu AB wesentlich besser wasserlöslich, was ihre biologischen Anwendungen erleichtert. Kürzlich berichteten Gmeiner, Kö-nig und Mitarbeiter über eine Reihe von AAP-funktionalisierten Fentanylliganden, die je nach vorliegendem Isomer selektiv an den μ-Opioidrezeptor (μOR) binden können (Abbildung 3a).…”

Section: Photopharmakologieunclassified

“…Kürzlich berichteten Gmeiner, Kö-nig und Mitarbeiter über eine Reihe von AAP-funktionalisierten Fentanylliganden, die je nach vorliegendem Isomer selektiv an den μ-Opioidrezeptor (μOR) binden können (Abbildung 3a). [60] Adebekian und Mitarbeiter gehörten zu den ersten, die diese Moleküle als neuartige Photopharmakophore untersuchten, um den Arzneimittelstoffwechsel durch Modulation der Aktivität der verstoffwechselnden Enzyme (menschliche Carboxylesterasen 1 und 2) optisch zu steuern. [61] Fuchter, Tate und Mitarbeiter synthetisierten ein einzigartiges AAP-Derivat, das mit Bromodomänen-Liganden (BRD, AP-PROTAC-1) oder einem Multikinase-Inhibitor (AP-PROT-AC-2) ausgestattet ist, um vier Proteinkinasen selektiv abzubauen (Abbildung 3c).…”

Section: Photopharmakologieunclassified

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Azoheteroarene und Diazocine als Molekulare Photoschalter: Selbstassemblierung, Responsive Materialien und Photopharmakologie

2023

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Aromatische Einheiten, die mit einer Azofunktionalität (−N=N−) verknüpft sind, bilden eine einzigartige Klasse von Verbindungen, bekannt als molekulare Photoschalter, die bei Bestrahlung eine reversible Umwandlung zwischen ihren E‐ und Z‐Isomeren zeigen. Photoschalter wurden in näherer Vergangenheit umfassend untersucht, um dynamische, selbstassemblierende Materialien, optoelektronische Geräte, steuerbare Biomaterialien und vieles mehr, herzustellen. Die meisten dieser Materialien beinhalten Azobenzole als molekulare Photoschalter. Hierfür zeigt SciFinder bereits mehr als 7000 Artikel und 1000 Patente. Dementsprechend wurde viel Aufwand investiert, um die Effizienz der Photoisomerisierung und die damit verbundenen mesoskopischen Eigenschaften von Azobenzolen zu verbessern. Seit kurzer Zeit haben Azoheteroarene und zyklische Azobenzole wie Arylazopyrazole, Arylazoisoxazole, Arylazopyridine und Diazocine als Photoschalter der zweiten Generation an Bedeutung gewonnen. Diese Photoschalter bieten einzigartiges Schaltverhalten und responsive Eigenschaften, die sie zu vielversprechenden Kandidaten für die Entwicklung von photoresponsiven Materialien bis hin zu Photopharmakophoren machen. In diesem Kurzaufsatz stellen wir die strukturellen Unterschiede und photoresponsiven Eigenschaften von Azohezeroarenen und Diazocinen vor und fassen den aktuellen Stand der Anwendung dieser Photoschalter als responsive Bausteine in der supramolekularen Assemblierung, Materialwissenschaften und Photopharmakologie zusammen. Dabei soll ihr vielseitiges photochemisches Verhalten, ihre verbesserten Funktionalitäten und die neusten Anwendungen hervorgehoben werden.

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Photochromic Fentanyl Derivatives for Controlled μ‐Opioid Receptor Activation

Lahmy

Hübner

Schmidt

et al. 2022

Chemistry A European J

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Photoswitchable ligands as biological tools provide an opportunity to explore the kinetics and dynamics of the clinically relevant µ-opioid receptor. These ligands can potentially activate and deactivate the receptor when desired, using light. Spatial and temporal control of biological activity allows for application in a diverse range of biological investigations. Photoswitchable ligands have been developed in this work, modeled on the known agonist fentanyl, with the aim of expanding the current 'toolbox' of fentanyl photoswitchable ligands. In doing so, ligands have been developed that change geometry (isomerize) upon exposure to light, with varying photophysical and biochemical properties. This variation in properties may be valuable in further studying the functional significance of the µ-opioid receptor.

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Photochromic Fentanyl Derivatives for Controlled μ‐Opioid Receptor Activation

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Azoheteroarene and Diazocine Molecular Photoswitches: Self‐Assembly, Responsive Materials and Photopharmacology

Azoheteroarene and Diazocine Molecular Photoswitches: Self‐Assembly, Responsive Materials and Photopharmacology

Azoheteroarene und Diazocine als Molekulare Photoschalter: Selbstassemblierung, Responsive Materialien und Photopharmakologie

Photochromic Fentanyl Derivatives for Controlled μ‐Opioid Receptor Activation

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