Cientistas da Hong Kong Baptist University (HKBU) desenvolveram uma nova técnica que pode produzir drogas terapêuticas puras sem os efeitos colaterais associados.

A abordagem, que usa um dispositivo de fabricação de nanoestrutura, pode manipular a quiralidade de moléculas de droga, controlando a direção em que um substrato é girado dentro do dispositivo, eliminando assim os possíveis efeitos colaterais que podem surgir quando as pessoas tomam medicamentos contendo moléculas com quiralidade incorreta.

Publicado em jornal científico Química da Natureza , os resultados da pesquisa abrem o caminho para a produção em massa de produtos mais puros, medicamentos mais baratos e seguros que podem ser feitos de uma forma escalonável e mais ecológica.

O controle da quiralidade molecular melhora a segurança do medicamento

Muitas moléculas químicas têm duas configurações, ou versões quirais, que são imagens espelhadas um do outro. Embora compartilhe a mesma fórmula molecular, as duas versões quirais têm arranjos diferentes de seus átomos constituintes no espaço. As duas versões das moléculas são caracterizadas por configurações quirais canhotas e destras, como as mãos humanas. Moléculas com quiralidade "canhota" e "destra" podem ter efeitos bioquímicos totalmente diferentes.

Mais da metade das drogas terapêuticas são compostas por quantidades iguais de moléculas quirais destras e canhotas, comumente conhecido como "racemates"; pode-se curar doenças específicas, mas o outro pode ter efeitos adversos. Separar e produzir moléculas com apenas o arranjo quiral (conhecido como um único enantiômero) responsável pelos efeitos terapêuticos pode ajudar a produzir medicamentos com maior segurança e eficácia.

Controle em escala macro da quiralidade molecular

Em geral, as moléculas têm um tamanho extremamente pequeno, variando de um milionésimo a um centésimo milésimo do diâmetro de um fio de cabelo humano. É, portanto, extremamente desafiador produzir seletivamente uma das duas versões de moléculas quirais usando o controle de "macroescala" (ou seja, a escala dimensional que pode ser vista a olho nu e operada manualmente). Para produzir drogas de enantiômero único, os químicos têm usado predominantemente moléculas chamadas de "ligantes quirais" para controlar com eficácia a quiralidade molecular dos medicamentos em laboratório ou indústria em escala molecular, um processo denominado síntese assimétrica. Contudo, as tecnologias existentes para a produção de drogas de enantiômero único são compostas de procedimentos complicados, que são caros e prejudiciais ao meio ambiente.

Dr. Jeffery Huang Zhifeng, Professor Associado do Departamento de Física do HKBU, e sua equipe de pesquisa desenvolveu uma nova abordagem para manipular a quiralidade molecular por meio do controle em escala macro em colaboração com a Universidade de Sichuan, Guangxi Medical University e Southern University of Science and Technology. Envolve a mediação da manipulação com nanoestruturas de metal helicoidal (ou seja, nanohelices de metal) que têm a forma de uma mola helicoidal, e eles têm um tamanho característico de um milésimo do diâmetro de um cabelo humano.

A direção da rotação determina a quiralidade molecular

A equipe de pesquisa fabricou as nanohelices de metal usando uma técnica de nanofabricação chamada deposição de ângulo de visão (GLAD). Prata e cobre foram depositados em um substrato de suporte que foi girado no sentido horário e anti-horário para fabricar as nanohelices de metal para destros e canhotos, respectivamente.

A equipe de pesquisa então usou luz ultravioleta para induzir uma reação química. Isso fez com que as moléculas de ácido 2-antracenocarboxílico (AC) que adsorvam nas nanohélices de metal passassem pela reação química e formassem produtos moleculares quirais, que são semelhantes a alguns medicamentos quirais. Quando o AC foi anexado à superfície das nanohélices de metal destras e exposto à luz ultravioleta, produzia preferencialmente produtos moleculares quirais "destros". Pela mesma razão, quando o AC foi adsorvido na superfície das nanohélices de metal canhotas e exposto à luz ultravioleta, produzia preferencialmente produtos moleculares quirais "canhotos". Em outras palavras, a quiralidade do produto molecular pode ser determinada de forma confiável pela quiralidade das nanohélices de metal, que é controlado pela direção de rotação do substrato.

A pesquisa demonstra que controlar a direção da rotação do substrato em um nível macroscópico pode manipular convenientemente a quiralidade molecular. Esta é uma aplicação sem precedentes do método em macroescala (através do controle da direção de rotação de um suporte de substrato de 4 polegadas) para manipular a quiralidade na escala molecular (produtos moleculares quirais na faixa de um bilionésimo de um metro) .

Abordagem verde para reduzir os efeitos colaterais dos medicamentos

"Nosso sucesso na manipulação da quiralidade molecular por meio da engenharia macroscópica permite a síntese conveniente de drogas em formas de enantiômero único, apenas com destros ou canhotos. vai ajudar a se livrar do adverso, às vezes fatal, efeitos colaterais de muitos medicamentos terapêuticos, "disse o Dr. Huang.

O uso de ligantes quirais no método convencional de síntese assimétrica é inevitável, e pode causar poluição para entrar no meio ambiente. Em contraste, nesta nova abordagem, as nanohélices de metal podem ser usadas repetidamente para produzir drogas de enantiômero único sem o uso de ligantes quirais. Como resultado, ele abre o caminho para a produção em massa de drogas terapêuticas acessíveis que são feitas de forma escalável com materiais recicláveis.