Luminile LED albastre ajută chimiștii să creeze molecule complexe de medicamente
În descoperirea de medicamente, construirea rapidă a moleculelor complexe reprezintă o provocare majoră.
Cercetătorii din domeniul chimiei caută molecule cu structuri atomice din ce în ce mai tridimensionale, deoarece acestea pot fi mai eficiente și selective în organism. Însă pașii chimici suplimentari necesari pentru a construi această complexitate implică timp și costuri ridicate.
Conform unui nou studiu co-condus de Universitatea din Buffalo, publicat pe 9 iulie în revista Science, complexitatea moleculară poate fi dezvoltată în mai puțini pași folosind instrumente surprinzător de simple: lumini LED albastre și un bloc chimic de bază, familiar studenților la chimie organică din anul doi.
Oamenii de știință au combinat blocurile chimice cunoscute – molecule cu legături carbon-halogen – cu un catalizator activat de lumină. Când sunt expuse la lumina LED albastră, catalizatorul transformă temporar moleculele în forme mai reactive, permițând astfel modificarea a doi atomi de carbon adiacenți, în loc de unul singur, cum se făcea în mod obișnuit.
„Am folosit condiții relativ blânde de lumină vizibilă pentru a extinde ceea ce chimiștii pot face cu un material de bază din chimia organică. Sperăm că acest lucru va oferi chimiștilor o cale mai rapidă către moleculele complexe necesare în descoperirea de medicamente”, a declarat Patricia Z. Musacchio.
Studiul a fost realizat în colaborare cu Worcester Polytechnic Institute, unde Musacchio a lucrat anterior, și cu Universitatea Binghamton. Proiectul a fost susținut de National Institute of General Medical Sciences, parte a National Institutes of Health, și de programul ACCESS al National Science Foundation.
Atomii de carbon constituie baza majorității medicamentelor cu molecule mici. Prin modificarea grupurilor atașate acestor atomi de carbon, chimiștii pot schimba forma și comportamentul unui medicament. De aceea, moleculele cu legături carbon-halogen sunt puncte de plecare valoroase. Un atom de halogen poate fi îndepărtat cu ușurință de pe un atom de carbon și înlocuit cu un alt grup de atomi, o reacție frecvent predată în chimia organică de licență.
În mod tradițional, reacția modifica doar atomul de carbon la care era atașat halogenul, iar atomul de carbon vecin rămânea neschimbat. Metoda echipei conduse de Musacchio schimbă această dinamică. Catalizatorul fotoactiv deschide temporar o fereastră pentru adăugarea de noi grupuri de atomi și pe atomul de carbon vecin.
„Avantajul este că obții două modificări dintr-o singură reacție, în timp ce de obicei obții doar o modificare”, a declarat Jennifer Hirschi. „Mai multe modificări în mai puțini pași sunt cruciale atunci când se creează medicamente cu molecule mici.”
Laboratorul lui Musacchio este dotat cu LED-uri albastre, aceleași folosite pentru grădini interioare și acvarii. Aceste lumini se află în compartimente mici pe rafturi, denumite „cutii Buffalo”. În interiorul acestor cutii, LED-urile albastre activează catalizatorul din fiecare sticlă, inițiind reacția care permite modificarea a doi atomi de carbon adiacenți. Utilizarea luminii vizibile este mai blândă decât multe metode tradiționale fotocatalitice care folosesc lumina ultravioletă (UV) de energie mai mare.
„Lumina UV ar putea degrada sau descompune moleculele organice pe care le creăm, astfel că lumina vizibilă reprezintă o abordare mult mai blândă”, a adăugat Musacchio. Această metodă ar putea fi adaptată și pentru alte tipuri de transformări moleculare. Echipa intenționează să colaboreze cu companii farmaceutice pentru a explora modul în care metoda poate fi personalizată pentru ținte specifice de medicamente.
„Speranța este nu doar de a crea medicamente mai rapid, ci și de a dezvolta medicamente mai complexe care pot viza obiective terapeutice mai dificile”, a concluzionat Musacchio.
