Los investigadores han encontrado una solución sorprendentemente versátil para crear compuestos químicos que podrían resultar útiles para la obtención de imágenes médicas y el desarrollo de fármacos.

El mecanismo químico, descubierto por científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab) y UC Berkeley, también podría ampliar nuestra comprensión de los procesos básicos de reacción química que involucran ayudantes comunes, llamados catalizadores, como el cobre y el oro.

Química inesperada

Mientras estudia las reacciones químicas de una molécula que contiene oro, el equipo de investigación encontró un mecanismo químico que puede usarse para formar compuestos de trifluorometilo (CF3) y unirlos a otros compuestos químicos.

Su descubrimiento podría ayudar en la síntesis de nuevos "radiotrazadores":compuestos químicos que contienen una forma radiactiva, o isótopo, de un elemento - para su uso con un no invasivo, tecnología de imágenes médicas en 3-D de alta resolución conocida como exploración PET (tomografía por emisión de positrones).

Las compañías farmacéuticas han mostrado un interés creciente en incorporar compuestos CF3, que contienen carbono y flúor, en una variedad de productos farmacéuticos. Estos compuestos pueden hacer que los medicamentos sean más selectivos, eficaz, o potente. El antidepresivo Prozac, Medicamento contra el VIH Sustiva, y Celebrex antiinflamatorio se encuentran entre los ejemplos de fármacos que contienen compuestos CF3.

Entonces, al probar la absorción biológica de medicamentos que incorporan compuestos CF3, es útil incorporar flúor-18 (18F), un isótopo radiactivo de flúor en el compuesto CF3 como una especie de etiqueta o "trazador" que puede ser detectado por escáneres PET.

Creación de 'trazadores' para tomografías por emisión de positrones

"Esta investigación nos permite crear nuevas clases de trazadores radiactivos que habían sido demasiado difíciles, o incluso imposible, preparar previamente, "dijo Mark D. Levin, quien se desempeñó como autor principal del estudio, publicado en Ciencias . Participó en el estudio como estudiante de posgrado de UC Berkeley y trabajó como investigador afiliado en Biomedical Isotope Facility en Berkeley Lab.

"Estos grupos CF3 se conocen desde hace mucho tiempo como ventajas de la química medicinal, pero tradicionalmente eran muy difíciles de instalar, ", agregó." Hemos desarrollado una técnica química, basado en un nuevo descubrimiento en la química del oro, que nos permite unir un átomo de flúor radiactivo a una clase específica de molécula que anteriormente era un desafío para hacer, "Dijo Levin.

Hay alrededor de 2, 500 escáneres PET en hospitales de EE. UU. Que, en conjunto, realizan alrededor de 2 millones de exploraciones por año. Las tomografías por emisión de positrones se utilizan comúnmente para detectar, mapa, y vigilar los cánceres internos. También pueden producir imágenes detalladas del cerebro y otros órganos, ayudar a los desarrolladores de fármacos a rastrear las vías biológicas, concentración, y (¿comprender mejor la?) dispersión de nuevos fármacos en estudios con animales, entre otros usos.

El equipo de investigación aprovechó el mecanismo para incorporar flúor-18 en los compuestos CF3 que crearon. El flúor-18 es un rastreador popular para revelar cánceres y otros objetivos biológicos en las tomografías por emisión de positrones. Otros investigadores de la División de Ciencias Químicas y la Instalación de Isótopos Biomédicos de Berkeley Lab, y en el Departamento de Química de UC Berkeley también participaron en el estudio.

Flourine-18 tiene una vida media de aproximadamente 110 minutos, lo que significa que su producción radiactiva se reduce a la mitad cada 110 minutos, y los procesos químicos que lo incorporan como etiqueta deben diseñarse para adherirlo rápidamente a los compuestos de interés.

Discovery lleva al equipo a la máquina de fabricación de isótopos

En el trabajo en el campus de UC Berkeley, Levin y otros investigadores habían estado siguiendo un proceso químico para producir un compuesto que contiene flúor llamado hexafluoroetano. utilizado para grabar silicio para chips de computadora, asociado con una molécula que contiene oro. En este esfuerzo, alistaron un compuesto que contiene boro.

Inesperadamente, encontraron un mecanismo por el cual el compuesto de boro actúa sobre un compuesto CF3 para producir un fragmento CF2 asociado con el catalizador de oro. Este fragmento, ellos observaron, luego puede unirse con otros compuestos químicos y, en el siguiente paso, formar un nuevo compuesto que contenga CF3.

Describen en el Ciencias artículo sobre cómo manipularon este mecanismo para derivar compuestos farmacológicos, incluida la leflunomida, un medicamento que se usa para reducir la hinchazón y la inflamación en el tratamiento de la artritis reumatoide, por ejemplo, y también un analgésico conocido como BAY 59-3074.

"Cuando tuvimos el primer indicio de que nuestro nuevo mecanismo podría ser útil para desarrollar trazadores radiactivos, empezamos a buscar en Berkeley Lab y su instalación de isótopos biomédicos, que fue realmente fundamental para este trabajo, "Dijo Levin.

Laboratorio de Berkeley, considerada la cuna de la medicina nuclear por su trabajo pionero en el descubrimiento y aplicación de isótopos radiactivos para usos médicos, mantiene un tipo de acelerador conocido como ciclotrón que produce los isótopos radiactivos de vida corta que se utilizan para fabricar los compuestos para estudios médicos y otras investigaciones.

Jim O'Neil, un científico del personal del laboratorio de Berkeley que es líder de grupo de la instalación de isótopos biomédicos del laboratorio, trabajó con Levin y otros miembros del equipo de investigación para darles más información sobre el mecanismo químico que involucra a los compuestos CF3.

"Vieron una aplicación de su trabajo para las drogas radiactivas, "Dijo O'Neil.

"El campo farmacéutico y el campo de la medicina diagnóstica han sido muy limitados para obtener compuestos que hayan sido etiquetados con CF3 radiactivo y, sin embargo, hay muchos medicamentos que contienen estos grupos CF3. Producimos el isótopo (flúor-18) para ellos y proporcionó las instalaciones y la formación para la colaboración, "añadió.

Levin dijo que el equipo de investigación aprendió cómo incorporar los átomos marcadores de flúor-18 en el mecanismo químico que utilizaron para crear nuevos compuestos.

Un llamado a los candidatos a fármacos

"Creemos que estos compuestos de oro serán una plataforma poderosa para preparar nuevos trazadores, y estamos trabajando para mejorar el sistema y para identificar dianas farmacológicas clínicamente relevantes, " él dijo.

"Idealmente, nos asociaríamos con un grupo que tenga un objetivo biológico específico o un fármaco candidato de interés que contenga un CF3, "y trabajar para adaptar el complejo de oro que su equipo utilizó en el último estudio a la aplicación específica, añadió. Luego, el equipo podría trabajar para desarrollar un marcador radiactivo que incorpore ese compuesto.

"También, el nuevo mecanismo puede arrojar luz sobre problemas más amplios "en química, él dijo, proporcionando una comprensión más profunda de los procesos de reacción fundamentales para el oro y otros catalizadores.