Un equipo internacional de investigadores, dirigido por Mark E. Davis en Caltech, ha logrado fabricar los primeros tamices moleculares quirales. Este descubrimiento abre nuevas áreas de investigación tanto en química como en biología, y tiene amplias implicaciones para las empresas farmacéuticas y otros fabricantes de productos químicos especializados.

Un rasgo común entre las moléculas de las células es la quiralidad. Los objetos que tienen quiralidad son imágenes especulares entre sí. Así como los humanos tienen dos manos que son imágenes especulares una de la otra, las moléculas exhiben la mano y tienen versiones izquierda y derecha llamadas enantiómeros. Dado que las moléculas de la vida, a saber, proteínas, azúcares y ADN, son quirales, los enantiómeros de moléculas como los fármacos tienen funciones completamente diferentes cuando interactúan con las células.

Las industrias químicas especializadas, como la farmacéutica, han tenido dificultades para producir moléculas quirales. Los desafíos radican en separar las versiones zurdas de las diestras o crear directamente solo el enantiómero deseado a través de una reacción química.

Davis y su equipo ahora han inventado tamices moleculares que pueden clasificar y crear moléculas quirales. Con este desarrollo, los fabricantes pueden producir formas más específicas y deseadas de medicamentos y otros productos. Un ejemplo de un medicamento que podría mejorarse, Davis dice, es la droga ibuprofeno, también conocido por una de sus marcas:Advil. El ibuprofeno contiene formas tanto para zurdos como para diestros, pero solo la versión para zurdos es terapéutica.

"Para minimizar los efectos secundarios asociados con el ibuprofeno, como el dolor de estómago, úlceras, y otros problemas de salud:sería útil elegir la versión para zurdos, "dice Davis, la profesora Warren y Katharine Schlinger de Ingeniería Química en Caltech e investigadora principal de la nueva investigación, que aparece en la edición del 1 de mayo de procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . "El objetivo para el futuro es crear formas quirales específicas de moléculas, no mezclas. Los tamices moleculares quirales nos permitirán hacer esto de nuevas formas que probablemente serán menos prohibitivas en cuanto a costos. Estos tamices pueden ser robustos y reutilizables, y no requieren temperaturas especiales ni otras condiciones de funcionamiento ".

Los tamices moleculares son celosías de cristal a base de silicio que se utilizan en aplicaciones comerciales multimillonarias que van desde la producción de gasolina y combustible diesel hasta la purificación de oxígeno del aire. Los tamices, muchos de los cuales pertenecen a una clase denominada "zeolitas, "parece queso suizo bajo un microscopio, con poros interconectados de menos de 2 nanómetros de tamaño. Los poros son los que hacen que estos sólidos sean tan útiles:dejan pasar moléculas de un determinado tamaño y forma. Además, los poros pueden actuar como cámaras de reacción catalítica para estimular la producción de productos químicos específicos.

Para crear tamices moleculares que puedan dejar pasar selectivamente una forma específica de una molécula quiral, los investigadores lograron varios avances. Primero, los coautores de la Universidad de Rice diseñaron e implementaron métodos computacionales para ayudar a guiar el diseño de moléculas orgánicas quirales que dirigen la síntesis de los tamices moleculares quirales. Segundo, Investigadores de Caltech, que pasaron décadas aprendiendo cuáles deberían ser las propiedades de las moléculas orgánicas guía, y cómo usarlos para ensamblar tamices moleculares:preparó el diseño, moléculas orgánicas quirales y sintetizaron los tamices moleculares quirales. Tercera, Los científicos de la Universidad de ShanghaiTech desarrollaron un nuevo Método de microscopía electrónica de transmisión de alta resolución que se utilizó para confirmar que los tamices eran de hecho versiones para zurdos o diestros. Los investigadores de Caltech también demostraron que los tamices podían separar moléculas quirales o crearlas catalizando reacciones quirales.

"Lo que podemos hacer aquí por diseño es dejar que los investigadores elijan qué forma quieren:si quieres la molécula de la mano derecha, usas el tamiz molecular correcto y lo haces. Si quieres el otro usas el otro tamiz molecular, "dice Davis, quien ha estado trabajando en el problema de la creación de tamices moleculares quirales durante 30 años. "Ahora, podemos sintetizar moléculas con quiralidad utilizando catalizadores de tamiz molecular por primera vez ".