Científicos de la Universidad Bautista de Hong Kong (HKBU) han desarrollado una técnica novedosa que puede producir fármacos terapéuticos puros sin los efectos secundarios asociados.

El enfoque, que utiliza un dispositivo de fabricación de nanoestructuras, puede manipular la quiralidad de las moléculas del fármaco controlando la dirección en la que se gira un sustrato dentro del dispositivo, eliminando así los posibles efectos secundarios que pueden surgir cuando las personas toman medicamentos que contienen moléculas con la quiralidad incorrecta.

Publicado en la revista científica Química de la naturaleza , Los resultados de la investigación allanan el camino hacia la producción en masa de productos más puros, Medicamentos más baratos y seguros que se pueden fabricar de una manera escalable y más respetuosa con el medio ambiente.

El control de la quiralidad molecular mejora la seguridad de los medicamentos

Muchas moléculas químicas tienen dos configuraciones, o versiones quirales, que son imágenes especulares el uno del otro. Compartiendo la misma fórmula molecular, las dos versiones quirales tienen diferentes disposiciones de sus átomos constituyentes en el espacio. Las dos versiones de las moléculas se caracterizan por configuraciones quirales para diestros y zurdos, como las manos humanas. Las moléculas con quiralidad "zurda" y "diestra" pueden tener efectos bioquímicos totalmente diferentes.

Más de la mitad de los fármacos terapéuticos se componen de cantidades iguales de moléculas quirales zurdas y diestras, comúnmente conocido como "racemates"; se pueden curar enfermedades específicas, pero el otro puede tener efectos adversos. Separar y producir moléculas con solo la disposición quiral (conocida como un enantiómero único) responsable de los efectos terapéuticos puede ayudar a producir fármacos con mayor seguridad y eficacia.

Control a macroescala de la quiralidad molecular

En general, Las moléculas tienen un tamaño extremadamente pequeño que va desde una millonésima hasta una centésima milésima del diámetro de un cabello humano. Por lo tanto, es extremadamente desafiante producir selectivamente una de las dos versiones de moléculas quirales usando el control de "macroescala" (es decir, la escala dimensional que puede verse a simple vista y manejarse con la mano). Para producir fármacos de un solo enantiómero, Los químicos han utilizado de forma abrumadora moléculas llamadas "ligandos quirales" para controlar eficazmente la quiralidad molecular de los fármacos en el laboratorio o la industria a escala molecular. un proceso llamado síntesis asimétrica. Sin embargo, las tecnologías existentes para producir fármacos de un solo enantiómero se componen de procedimientos complicados, que son costosos y nocivos para el medio ambiente.

Dr. Jeffery Huang Zhifeng, Profesor asociado en el Departamento de Física de HKBU, y su equipo de investigación ideó un enfoque novedoso para manipular la quiralidad molecular a través del control a macroescala en colaboración con la Universidad de Sichuan, Universidad Médica de Guangxi y Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur. Implica mediar la manipulación con nanoestructuras metálicas helicoidales (es decir, nanohelices metálicas) que tienen la forma de un resorte helicoidal, y tienen un tamaño característico de una milésima parte del diámetro de un cabello humano.

La dirección de rotación determina la quiralidad molecular

El equipo de investigación fabricó las nanohelices metálicas utilizando una técnica de nanofabricación llamada deposición de ángulo de mirada (GLAD). La plata y el cobre se depositaron sobre un sustrato de soporte que se giró en sentido horario y antihorario para fabricar las nanohelices metálicas para diestros y zurdos. respectivamente.

Luego, el equipo de investigación utilizó luz ultravioleta para inducir una reacción química. Esto provocó que las moléculas de ácido 2-antracenocarboxílico (AC) adsorbidas en las nanohelices metálicas sufrieran la reacción química y formaran productos moleculares quirales. que son similares a algunos medicamentos quirales. Cuando se unió AC a la superficie de las nanohelices metálicas de la mano derecha y se expuso a la luz ultravioleta, produjo preferentemente productos moleculares quirales "diestros". De la misma manera, cuando se adsorbió AC en la superficie de las nanohelices metálicas zurdas y se expuso a la luz ultravioleta, produjo preferentemente productos moleculares quirales "zurdos". En otras palabras, la quiralidad del producto molecular se puede determinar de forma fiable mediante la quiralidad de las nanohelices metálicas, que está controlado por la dirección de rotación del sustrato.

La investigación demuestra que controlar la dirección de rotación del sustrato a nivel macroscópico puede manipular convenientemente la quiralidad molecular. Esta es una aplicación sin precedentes del método de macroescala (a través del control de la dirección de rotación de un soporte de sustrato de 4 pulgadas) para manipular la quiralidad a escala molecular (productos moleculares quirales en el rango de una mil millonésima parte de un metro) .

Enfoque ecológico para reducir los efectos secundarios de los medicamentos

"Nuestro éxito en la manipulación de la quiralidad molecular a través de la ingeniería macroscópica permite la síntesis conveniente de fármacos en formas de un solo enantiómero con solo ser diestros o zurdos. Por lo tanto, ayudará a deshacerse de lo adverso, a veces fatal, efectos secundarios de muchos fármacos terapéuticos, "dijo el Dr. Huang.

El uso de ligandos quirales en el método convencional de síntesis asimétrica es inevitable, y puede causar que la contaminación ingrese al medio ambiente. A diferencia de, en este nuevo enfoque, las nanohelices metálicas se pueden usar repetidamente para producir fármacos de enantiómero único sin el uso de ligandos quirales. Como resultado, allana el camino hacia la producción masiva de medicamentos terapéuticos asequibles que se fabrican de manera escalable con materiales reciclables.