Não é fácil ter certeza de que medicamentos e suplementos com estruturas torcidas – ou quirais – estão girando na direção correta. Agora, a luz infravermelha giratória pode sondar as estruturas dos cristais moleculares e suas torções, mostrou uma pesquisa liderada pela Universidade de Michigan.
Os pesquisadores esperam que a técnica também possa ajudar a diagnosticar acúmulos prejudiciais de moléculas torcidas no corpo, incluindo pedras na bexiga, fibrilas de insulina e agregações amilóides, como as placas que aparecem na doença de Alzheimer.

Em um mundo de moléculas enroladas, a biologia geralmente favorece as versões destras ou canhotas. Andando pelo corredor de suplementos, você pode notar que alguns têm um L ou D na frente dos nomes. L e D denotam a direção na qual a molécula gira, no sentido horário ou anti-horário – o corpo humano normalmente usa apenas uma versão. Moléculas com a torção errada podem ser enchimentos incômodos ou causar efeitos colaterais que podem ser desagradáveis ​​ou perigosos. Mas o controle de qualidade para moléculas torcidas é difícil, e o monitoramento das estruturas quirais de medicamentos e suplementos mantidos em armazenamento geralmente não é feito.

"Os métodos mais usados ​​em empresas farmacêuticas são muito sensíveis a impurezas, mas medir a quiralidade é caro", disse Wonjin Choi, pesquisador em engenharia química da U-M e primeiro autor do artigo na Nature Photonics .

O novo método pode reconhecer rapidamente torções erradas e estruturas químicas erradas em medicamentos embalados usando radiação terahertz, uma parte da parte infravermelha do espectro. Foi desenvolvido por uma equipe internacional, incluindo pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos, Brasil; Laboratório Nacional de Biorrenováveis ​​do Brasil; Universidade de Notre Dame; e Universidade Estadual de Michigan.

"As biomoléculas suportam vibrações de torção de longo alcance, também conhecidas como fônons quirais. Essas vibrações são muito sensíveis à estrutura das moléculas e seus conjuntos em nanoescala, criando a impressão digital de uma estrutura quiral específica", disse Nicholas Kotov, professor da Universidade de Irving Langmuir. de Ciências Químicas e Engenharia da U-M e autor co-correspondente.

A equipe conseguiu medir esses fônons nos espectros de luz terahertz torcida que passou pelos materiais testados. Um deles, a L-carnosina, é atualmente usado como suplemento nutricional.

“Se a torção da molécula estiver errada, se a torção na forma como as moléculas se agrupam não estiver correta, ou se diferentes materiais foram misturados, tudo isso pode ser inferido a partir dos espectros”, disse Kotov.

John Kruger, professor de medicina veterinária da Michigan State University e co-autor do artigo, forneceu pedras na bexiga de cães, e a equipe descobriu sua assinatura quiral. A equipe espera que as descobertas possam ajudar a permitir diagnósticos rápidos para animais de estimação e talvez humanos posteriores. Além disso, eles estudaram a insulina à medida que ela se transformava em nanofibras que a tornavam inativa. Se a tecnologia de luz terahertz puder ser adaptada para cuidados de saúde domiciliares, poderá verificar a qualidade da insulina.

A equipe também explorou como a luz pode influenciar as estruturas, em vez de apenas medi-las. Cálculos feitos por André Farias de Moura, professor de química da Universidade Federal de São Carlos e co-autor correspondente, mostram que múltiplas biomoléculas torcem e vibram vigorosamente quando a luz terahertz gera fônons quirais.

"Prevemos novos caminhos - por exemplo, usando ondas terahertz com polarização personalizada para manipular grandes conjuntos moleculares. Pode substituir as microondas em muitas aplicações de síntese nas quais a lateralidade das moléculas é importante", disse de Moura.

Com base nos cálculos de de Moura, Kotov e Choi acreditam que as vibrações de torção de fônons quirais causadas pela luz terahertz podem tornar as nanofibras causadoras de doenças mais vulneráveis ​​a intervenções médicas. Trabalhos futuros explorarão se essa interação pode ser usada para separá-los. + Explorar mais

Nanocatalisador de inspiração biológica guia as reações quirais