It goes without saying that the modern era is surely a scientific era. With recent advancements in the field of research, diseases once considered “incurable” diseases are no longer a matter of distress for the 21st-century individuals, thanks to the incredible scientists and their valuable research. Considering the pace at which researchers are discovering cures for the most dreadful diseases, it is not impractical to think of the myth of a “panacea” may soon become a reality. However, certain widely prevalent diseases such as Alzheimer (AD) and Dementia, that unfortunately have no known cure and remain areas of intensive research globally. 

The scientifically motivated students of LUMS are also keeping pace with the world by exhibiting strong commitment and actively contributing towards research in this field. One such example is our bright PhD Chemistry scholar, Kainat Ahmed, who has recently successfully defended her PhD proposal. Kainat’s insightful research in the area of potent heteroaromatic hydrazone-based 1,2,4-triazine motifs development to treat Alzheimer Disease, has been published in the renowned “Journal of Molecular Structure” by Elsevier.

1,2,4-Triazine based hydrazone scaffolds are organic compounds that were synthesized after a series of complex chemical reactions using heteroaromatic aldehydes. Heteroatomic aldehydes are a class of organic compounds that contain at least one heteroatom, such as oxygen (O), nitrogen (N), or sulfur (S), in addition to a carbonyl group (-C=O) and a hydrogen atom (-H) attached to the same carbon atom. The synthesized hydrazone are biologically active compounds that have shown promising results in combating neurodegenerative disorders such as Alzheimer's and Parkinson's. Apart from having a unique chemical structure, these motifs are also found to possess strong antioxidant activity and cholinesterase inhibition properties, which make them suitable for curing Alzheimer’s disease. 
 

Alzheimer’s disease is a condition characterized by progressive decline in cognitive function, memory loss and behavioral changes. One of the key neurotransmitters affected in Alzheimer's disease is acetylcholine, which plays an important role in memory and learning.  Cholinesterase inhibitors are a class of drugs that are commonly used in the treatment of Alzheimer's disease. These drugs work by inhibiting the breakdown of acetylcholine, thereby increasing its levels in the brain. By increasing acetylcholine levels, cholinesterase inhibitors can help to improve cognitive function and slow down the progression of the disease. Two types of cholinesterase enzymes targeted by cholinesterase inhibitors are acetylcholinesterase (AChE) and butyrylcholinesterase (BChE).

Therefore, a radical approach for the treatment of Alzheimer’s disease could involve the AChE and BChE enzymes, which play a crucial role in restoring an which progressively restore the concentration of acetylcholine. Previous research in this area yielded interesting results, where heterocyclic motifs in the form of potent free radical scavengers proved to be effective inhibitors for different enzymes, such as cholinesterase. Kainat along with her co-researchers synthesized new conjugates of 1,2,4-triazine and heteroaromatic aldehydes bridged with hydrazone skeleton, which showed effective activity as potent free radical scavengers and strong inhibitors of cholinesterases that cause Alzheimer’s disease.“Research is to see what everybody else has seen, and think what nobody else has thought.”-Albert Szent-Gyorgyi.

An innovative research technique employed by Kainat and co-researchers involved the utilization of quantum chemical and molecular docking studies to gain deeper insights into the mode of action of these motifs. These methods allowed them to explore the compounds’ electronic and structural properties, as well as their potential interactions with biological targets such as enzymes or receptors. The study’s results unveiled significant findings regarding the structure-activity relationships of the compounds. Specifically, the researchers identified crucial structural features that facilitated their interaction with cholinesterase enzymes and the scavenge reactive oxygen species. The development of these compounds represents an exciting advancement in the field of medicinal chemistry.

The publication of this article in a prestigious scientific journal and the defense of her PhD proposal is proof of Ms. Kainat’s dedication and commitment to her work. We extend our congratulations and wish her continued success in her endeavors. 

جنوری ۲۰۲۳ میں بین الاقوامی جریدے "امریکن کیمیکل سوسائٹی "(1) میں  لمز شعبۂ کیمیا اور کیمیکل انجنئیرنگ سے تعلق رکھنے  والے ڈاکٹر فہیم حسن اختر کے طالب علم محمد حفی وڈگاما اور سجاد حسین کا ایک تحقیقی مقالہ شائع ہوا۔ اس تحقیق کے مطابق "پولی (ایتھلین ٹیریفتھلیٹ) "(2) کو اختراعی عمل(3) سے گزار کر ایسی جھلیاں تیار کی جا سکتی ہیں جو نمکین پانی سے اضافی معدنیات علیحدہ کر کے اسے پینے اور زراعت کے لیے قابلِ استعمال بنا نے میں معاونت فراہم  کرتی ہیں۔

بلاشبہ پانی، بقائے حیات کا بنیادی رکن اور زندگی کی روانی کا ضامن ہے لیکن موجودہ صورتِ حال کے مطابق دنیا کی ایک تہائی  آبادی کو پانی کی قلت کا سامنا ہے جبکہ سن ۲۰۵۰ء تک یہ مشکل دنیا کی آدھی آبادی کو درپیش ہو سکتی ہے۔ آبادی میں غیر متوقع اضافہ، تیزی سے بڑھتی صنعتیں اور ماحولیاتی تبدیلیاں صاف پانی کی عدم دستیابی کی اہم وجوہات ہیں۔

اس مشکل سے نمٹنے کا ایک طریقہ یہ ہے کہ نمکین پانی کو نمک ربائی(4) کے عمل سے گزار کر میٹھے پانی کے ذخائر میں اضافہ کیا جائے۔ اس مقصد کے لیے ڈاکٹر فہیم حسن اختر ،محمد حفی اور انکی ٹیم نے پولی (ایتھلین ٹیریفتھلیٹ) کا استعمال کیا۔ یہ ایتھلین کا ایک مرکب ہے جو پلاسٹک فلم کی شکل میں ہوتا ہے اور عموماً پیکنگ  کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ ستم ظریفی یہ ہے کہ بیشتر اوقات پہلی ہی مر تبہ مختصر استعمال کے بعد یہ پلاسٹک اہم ترین قدرتی نظام، جیسے دریا اور سمندر، میں پھینک دیا جاتا ہے جو یقینی طور پرقدرتی  غذائی سلسلے کے لیے نقصان دہ ہے۔ 

بلا شبہ پلاسٹک، ماحول دشمن فطرت کا حامل اور زمینی و آبی  آلودگی کا باعث ہے۔ تاہم اس کے متبادل مادے، جیسے کاغذ اور شیشہ، فضائی آلودگی کا سبب بنتے ہیں۔ لہٰذا بہتر نقطۂ نظر یہ ہے کہ پلاسٹک کے فوائد بھی حاصل کیے جائیں اور ماحول پر اس کی غیر مناسب تقویض سے پیدا ہونے والے منفی اثرات کو بھی کم کیا جائے۔

اس ضمن میں محمد حفی کے تجربات پلاسٹک کو  اختراعی عمل سے گزار کر دوبارہ قابلِ استعمال بناتے ہیں۔  ضائع شدہ بوتلوں کے پلاسٹک سے  جھلیاں تیار کرنے کے  اس تحقیقی عمل میں  غیر محلل  کے ذریعے   مرحلہ وار علیحدگی کے طریقہ کار کو اپنایا گیا ہے۔ ٹرائے فلوروایسیٹک ایسڈ(5) کو بحیثیت محلل اور 25 ڈگری پر پانی سے غسلِ انجماد کو غیر محلل کے طور پر استعمال کیا گیا۔  فوریئر  ٹرانسفارم(6)، حرارتی  ثقلی تجزیہ کاری(7) اور الیکٹرون خورد بین(8)  کی مدد سے ان جھلیوں کی درجہ بندی کی گئی۔ پھر  بہترین جھلی کا تعین کرنے کے لیے  ان   تیار کردہ  جھلیوں کی سرایت پذیری(9) اور بہاؤ (10)کا   مختلف موٹائی ، کثیر سالمی مرکب کی کثافت (11) اور بخارات بننے کے وقت (12) کی بنیاد پر  تجزیہ کیا گیا۔  

 نتیجتا ًان جھلیوں میں  ٪33 تک  ازالہ نمک کی صلاحیت پیدا ہو جاتی ہے ۔  یہ عمل موجودہ تحقیقات کے مقابلے میں نہ صرف کم توانائی استعمال کرتا ہے بلکہ نقصان دہ کاربن کے کم اخراج کا ذریعہ بھی ثابت ہوا ہے۔ محمد حفی کی تحقیق کے نتائج کی روشنی میں  مستقبل میں پلاسٹک کے دوسرے مرکبات اور ریشوں کو دوبارہ کارآمد بنانے کے لیے بھی  جانچا جا سکتا ہے۔  مزید برآں یہ تحقیق استعمال شدہ پلاسٹک کے دوبارہ استعمال کے باعث ماحولیاتی آلودگی میں کمی کا جائزہ لینے کے لیے نقطہ آغاز  فراہم کر تی ہے۔

جدید علوم کے حصول و ترویج کے ساتھ ساتھ  لمز سکول آف سائنس اینڈ انجینئرنگ کا ایک اہم مقصد  انسا ن اور اس سے وابستہ ماحول کو درپیش حقیقی مسائل کاحل تلاش کرنا ہے۔ ڈاکٹر فہیم حسن اختر کے زیر سایہ شعبۂ کیمیا ور کیمیکل انجنئیرنگ کی یہ تحقیق، اسی سلسلے کی ایک کڑی ہے جو نہ صرف پلاسٹک کے فضلات کو کار آمد بنانے کا موثر ذریعہ ہے بلکہ پانی سے نمک ربائی کی مارکیٹ کو بھی جلا بخشتی ہے۔

  بی -ایس کیمیکل انجینئرنگ کے طالبِ علم محمد حفی کی یہ کامیابی ان کے چار سالہ ڈگری پروگرام کی ریاضت اور  آخری سال میں کی جانے والی تحقیقی کاوشوں کا ثمر ہے ۔ محمد حفی  کو  اپنا علمی سفر  جاری رکھنے کے لیے امریکہ کی تین اعلیٰ جامعات بشمول پین سٹیٹ یونیورسٹی (13) ، آبرن یونیورسٹی (14) ، آلاباما یونیورسٹی (15) سے مکمل وظیفے کے ساتھ پی-ایچ-ڈی کی پیشکش موصول ہونا ،لمز کے اعلیٰ تعلیمی  معیار اور محمد  حفی کی شاندار  کارکردگی کی روشن دلیل ہے 
 

1.  American Chemical Society (ACS)
2. Poly (Ethylene Terephthalate) (PET)
3. Innovative process
4. Desalination
5. Trifluoroacetic acid
6. Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy.
7. Thermal Gravimetrical Analysis (TGA)
8. Scanning Electron Microscope (SEM)
9. Permeance
10. Flux
11. Polymer concentration
12. Evaporation time
13. Penn State University
14. Auburn University
15. Alabama University 
     

آپ نے کسی بیماری کے دوران اینٹی بائیوٹک تو کھائی ہوگی۔ یہ اینٹی بائیوٹک ہمیں آرام تو دیتی ہے، لیکن ہمارے ماحول پر بُرا اثر بھی ڈالتی ہے۔ جو اینٹی بائیوٹک انسان یا جانور استعمال کرتے ہیں اس کا بڑا حصہ فضلے میں خارج ہو جاتا ہے۔ اس کی وجہ سے ضائع شدہ پانی میں اینٹی بائیوٹک کی مقدار بڑھ جاتی ہے۔ پانی کی صفائی کا پلانٹ ضائع شدہ پانی سے اینٹی بائیوٹک نہیں نکال پاتا۔ ضائع شدہ پانی میں بیکٹریاجب اینٹی بائیوٹک سے ملتا ہے تو وُہ اپنے آپ کو بچانے کے مُختلف طریقے اپنا لیتا ہے اورادویات کے خلاف مدافعت حاصل کر لیتا ہے۔ یہ مدافعت ایک بہت بڑا عالمی مسلئہ بن گئ ہے جس کے نتیجے میں بیکٹریا اینٹی بائیوٹک کے حملوں سے محفوظ رہتا ہے اور اینٹی بائیوٹک ادویات بیماریوں کے خلاف غیر مُوثر ہوتی جا رہی ہیں۔

^{مختلف محلل کی کشید کرنے کی وسعت میں سب سے زیادہ ہے (DMSO)}

اینٹی بائیوٹک کو پانی یا دوسرے مواد سے نکال باہر کرنے کےلیے مُحلّل¹ کا ستعمال کیا جاتا ہے۔لیکن اگر کوئی زہریلا مُحلّل استعمال ہو تو اُس سے نقصان دہ فُضلہ پیدا ہوتا ہے۔ اس کے علاوہ ادویات میں استعمال ہونے والے مرکبات کا تجزیہ کرنے کے لیے وافر مقدار میں نامیاتی² مُحلّل کی ضرورت بھی پڑتی ہے۔ چنانچہ محللوں کا استعمال بہت حد تک بڑھ گیا ہے۔ اس لئے ضروری ہے کہ ایسے مُحلّل استعمال میں لائے جائیں جو ماحول کو محفوظ رکھیں اور خطرناک فاضلات پیدا نہ کریں۔اس ماحولیاتی مسلئے کا حل ڈھونڈنے کے لیے نیویڈا یونیورسٹی کے محققین اور لمز کے ڈاکٹر توقیر عباس نے ساتھ مل کر ایسامُحلّل ڈھونڈنے کا سوچا جو مختلف اقسام کے اینٹی بائیوٹک جیسے sulfamethoxazole(SMX) ،ciprofloxacin (CPX) ،trimethoprim (TMP) and tetracycline (TC) کو کشید کرنے کی صلاحیت بھی رکھے اور ماحول پر بُرا اثر بھی نہ پڑے۔ ڈاکٹر توقیر عباس اور ان کے ساتھیوں کی یہ تحقیق ا Elsevier جرنل میں کچھ عرصےپہلےشائع ہوئی تھی۔ڈاکٹر توقیر عباس نے اس جانب بہتر اور پاکیزہ مُحلّل ڈھونڈنے کے لیے COSMO- RS نامی سافٹ وئیر کا استعمال کیا۔ COSMO-RS ایک ایسا سافٹ ویئر ہے جو مُحلّل کی تلاش کے ذریعے    حل پذیری³ کا حساب کرتا ہے۔ اپنی تحقیق کے دوران ڈاکٹر تو قیر نے ناسا کے چار منصوبے بھی حاصل کیے تھے۔ جن میں بینالاقوامی خلائی اسٹیشن⁴ میں زہریلے اور نقصان دہ مادوں کو حل کر کے تلف کرنے کے لئے مُحلّل ڈھونڈنے تھے۔ ڈاکٹر توقیر اور دیگر مُحقیقن کا کہنا ہے کہ یہ سافٹ وئیر اتنا تیز بہدف، جامع اور موثر ہے کہ کوئی اور تجربہ کرنے کی ضرورت نہیں پڑتی بلکہ وقت اور پیسوں کی بچت بھی ہوجاتی ہے۔

^{مختلف محلل کا انڈیکیٹر, جتنی کم مقدارہواتنا ما حول کے لیے بہتر (EHS)}

چناچہ زیرِ نظر تحقیق میں گیارہ مُحلّل کشید کرنے کی صلاحیت⁵ کو پرکھا گیا اور اس کے بعد ان کا ماحول ، صحت اور نگہداشت کی خصوصیات (EHS) کا حساب لگایا گیا اور ساتھ ہی ساتھ ان کی قیمت کا موازنہ بھی کیا گیا۔ ان گیارہ محللوں میں سب سے زیادہ ماحول دوست مرکب ethanol, methyl acetate اور methanol کو پایا گیا لیکن ان کی کشید کرنے کی وسعت کم تھی۔ سب سے زیادہ کشید کرنے کی وسعت dimethyl sulfoxide (DMSO) کی ہے اور اس کا ماحول پر بُرا اثر بھی نہیں پایا گیا۔ یعنی مجموعی طور پر DMSO اینٹی بائیوٹک کو کشید کرنے کے لئے سب سے اچھا مُحلّل ہے، لیکن اس کی قیمت اس کے منافع بخش استعمال کو محدود کرتی ہے۔ اگر DMSO کی کم قیمت پیداوار کی جائے تو یہ اینٹی بائیوٹک کو کشید کرنے کے لئےسب سے بہترین مُحلّل ہے۔ صرف اینٹی بائیوٹک بلکہ کسی بھی دوا کا تجزیہ اور کشید کرنے کے لئے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ڈاکٹر توقیر اور ان کے ساتھیوں نے یہ دیکھا ہے کہ COSMO-RS کے ذریعے EHS اور اقتصادی امور کے ساتھ مختلف تجربات کرکےبڑی آسانی سے بہتر مُحلّل ڈھونڈے جا سکتے ہیں۔

<sub>1. Solvent
2. Organic
3. Solubility
4. International space station
5. Extraction capacity</sub>

When Dr. Rahman Shah Zaib Saleem was invited to write an article for the special issue on the Recent Advances in Indole Derivatives, he had one particular student in mind. One he describes as brilliant and motivated, Syed Muhammad Umer – an undergraduate student with the highest CGPA in the Department of Chemistry and Chemical Engineering in the BS 2021 session. The two bounced off a couple of ideas and decided that Umer would write a comprehensive review article summarizing recent reports on novel indole alkaloids from 2019 to 2022. The literature review deals with the isolation and characterization of 250 novel indole alkaloids, a reappraisal of previously reported compounds, and total syntheses of indole alkaloids. 

The task assigned to Umer was not an easy one; it was an arduous task to go through all the reports published on novel indole alkaloids in the past few years. Usually found in biological entities, indole alkaloids are a class of naturally occurring organic compounds that contain a structural moiety of indole, an aromatic heterocyclic organic compound. What sparked Umer’s interest was that indole-containing molecules are biologically active and are bound to have some effects, with some exhibiting excellent antitumor, antibacterial, antiviral, and antifungal activities. He was especially fascinated by the generosity of the molecules containing indole alkaloids. “At first I couldn’t even comprehend what was going on, because they are really complicated”, he shares. The more he read about it, the more his interest grew. He was able to write his literature review in a relatively short period of time, during the summers after his undergraduate. LUMS is among the few universities in Pakistan which have access to databases like SciFinder and PubMed. This facilitated the literature survey. With help from co-authors, Mehwish Solangi and Dr Khalid Muhammad Khan, the literature review was ready for submission in fall 2022. When asked if they were met by any hurdles while conducting the survey, Dr Saleem simply smiled and said, “Umer was up to the mark to deal with any hurdles that came during the process”. 

Writing this literature review enhanced Umer’s interest in the field further. “It sparked a desire to learn more. That’s why I have applied for postgraduate schools this year – this is something that I have read about, but now I want to do research in this field” he adds enthusiastically. This opportunity has been useful for Umer in many ways, “Not only was I preparing myself for graduate school, boosting my resumè, I was also preparing myself as a researcher”. 
Umer’s contribution will facilitate new research in the field. Gathering the isolation, reappraisal, syntheses, and biological activity of indole alkaloids in one place, Umer’s review article acts as an encyclopedia over recent advancements in the field. Roughly one moth and a half after its publication, it is too early to tell the article’s impact factor through citation. However, Umer’s review article is the most read article published in this special issue of Molecules, receiving an “above-average Attention Score compared to outputs of the same age” by the journal.