No es fácil estar seguro de que los medicamentos y los suplementos con estructuras torcidas o quirales están girando en la dirección correcta. Ahora, la luz infrarroja giratoria puede sondear tanto las estructuras de los cristales moleculares como sus giros, según ha demostrado una investigación dirigida por la Universidad de Michigan.

Los investigadores esperan que la técnica también pueda ayudar a diagnosticar acumulaciones dañinas de moléculas retorcidas en el cuerpo, incluidos cálculos en la vejiga, fibrillas de insulina y agregaciones de amiloide, como las placas que aparecen en la enfermedad de Alzheimer.

En un mundo de moléculas enroscadas, la biología a menudo favorece las versiones para diestros o zurdos. Caminando por el pasillo de suplementos, puede notar que algunos tienen una L o D delante de los nombres. L y D denotan la dirección en la que gira la molécula, en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj; el cuerpo humano normalmente solo usa una versión. Las moléculas con el giro incorrecto pueden ser rellenos molestos o causar efectos secundarios que pueden ser desagradables o peligrosos. Sin embargo, el control de calidad de las moléculas retorcidas es difícil y, por lo general, no se monitorean las estructuras quirales de los medicamentos y suplementos almacenados.

"Los métodos más comúnmente utilizados en las compañías farmacéuticas son muy sensibles a las impurezas, pero medir la quiralidad es costoso", dijo Wonjin Choi, investigador en ingeniería química de la U-M y primer autor del artículo en Nature Photonics. .

El nuevo método puede reconocer rápidamente giros incorrectos y estructuras químicas incorrectas en medicamentos envasados ​​utilizando radiación de terahercios, una porción de la parte infrarroja del espectro. Fue desarrollado por un equipo internacional, que incluye investigadores de la Universidad Federal de São Carlos, Brasil; Laboratorio Nacional de Biorenovables de Brasil; Universidad de Notre Dame; y la Universidad Estatal de Michigan.

"Las biomoléculas admiten vibraciones retorcidas de largo alcance, también conocidas como fonones quirales. Estas vibraciones son muy sensibles a la estructura de las moléculas y sus ensamblajes a nanoescala, lo que crea la huella digital de una estructura quiral particular", dijo Nicholas Kotov, profesor universitario distinguido de Irving Langmuir. de Ciencias Químicas e Ingeniería de la U-M y coautor para la correspondencia.

El equipo pudo medir estos fonones en los espectros de luz de terahercios retorcidos que pasaban a través de los materiales probados. Uno de ellos, la L-carnosina, se utiliza actualmente como suplemento nutricional.

"Si el giro de la molécula es incorrecto, si el giro en la forma en que las moléculas se juntan no es correcto, o si se mezclaron diferentes materiales, todo eso podría deducirse de los espectros", dijo Kotov.

John Kruger, profesor de medicina veterinaria en la Universidad Estatal de Michigan y coautor del artículo, proporcionó cálculos en la vejiga de perros y el equipo descubrió su firma quiral. El equipo espera que los hallazgos puedan ayudar a permitir un diagnóstico rápido para las mascotas y quizás más tarde para los humanos. Además, estudiaron la insulina a medida que se convertía en nanofibras que la volvían inactiva. Si la tecnología de luz de terahercios se puede adaptar para el cuidado de la salud en el hogar, se podría verificar la calidad de la insulina.

El equipo también exploró cómo la luz puede influir en las estructuras, en lugar de solo medirlas. Los cálculos realizados por André Farias de Moura, profesor de química de la Universidad Federal de São Carlos y coautor para la correspondencia, muestran que múltiples biomoléculas se retuercen y vibran vigorosamente cuando la luz de terahercios genera fonones quirales.

"Prevemos nuevos caminos por delante, por ejemplo, el uso de ondas de terahercios con polarización personalizada para manipular grandes ensamblajes moleculares. Podría reemplazar a las microondas en muchas aplicaciones de síntesis en las que importa la destreza de las moléculas", dijo de Moura.

Con base en los cálculos de De Moura, Kotov y Choi creen que las vibraciones retorcidas de los fonones quirales causadas por la luz de terahercios pueden hacer que las nanofibras que causan enfermedades sean más vulnerables a las intervenciones médicas. El trabajo futuro explorará si esa interacción puede usarse para separarlos. + Explora más

Un nanocatalizador bioinspirado guía las reacciones quirales