Wetenschappers van de Hong Kong Baptist University (HKBU) hebben een nieuwe techniek ontwikkeld die pure therapeutische medicijnen kan produceren zonder de bijbehorende bijwerkingen.

De aanpak, die een apparaat voor de fabricage van nanostructuren gebruikt, kan de chiraliteit van medicijnmoleculen manipuleren door de richting te regelen waarin een substraat in het apparaat wordt geroteerd, waardoor de mogelijke bijwerkingen worden geëlimineerd die kunnen optreden wanneer mensen medicijnen gebruiken die moleculen met de verkeerde chiraliteit bevatten.

Gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Natuurchemie , de onderzoeksresultaten effenen de weg naar de massaproductie van zuiverder, goedkopere en veiligere medicijnen die schaalbaar en milieuvriendelijker gemaakt kunnen worden.

Controle van moleculaire chiraliteit verbetert de veiligheid van geneesmiddelen

Veel chemische moleculen hebben twee configuraties, of chirale versies, die spiegelbeelden van elkaar zijn. Terwijl ze dezelfde molecuulformule delen, de twee chirale versies hebben verschillende rangschikkingen van hun samenstellende atomen in de ruimte. De twee versies van de moleculen worden gekenmerkt door linkshandige en rechtshandige chirale configuraties zoals menselijke handen. Moleculen met "linkshandige" en "rechtshandige" chiraliteit kunnen totaal verschillende biochemische effecten hebben.

Meer dan de helft van de therapeutische geneesmiddelen bestaat uit gelijke hoeveelheden linkshandige en rechtshandige chirale moleculen, algemeen bekend als "racematen"; men kan bepaalde ziekten genezen, maar de andere kan nadelige effecten hebben. Het scheiden en produceren van moleculen waarbij alleen de chirale rangschikking (bekend als een enkele enantiomeer) verantwoordelijk is voor de therapeutische effecten, kan helpen om geneesmiddelen te produceren met verbeterde veiligheid en werkzaamheid.

Controle op macroschaal van moleculaire chiraliteit

In het algemeen, moleculen hebben een extreem kleine grootte, variërend van een miljoenste tot honderdduizendste van de diameter van een mensenhaar. Het is daarom buitengewoon uitdagend om selectief een van de twee chirale molecuulversies te produceren met behulp van "macroschaal" -controle (d.w.z. de dimensionale schaal die met het blote oog kan worden gezien en met de hand kan worden bediend). Om geneesmiddelen met één enantiomeer te produceren, scheikundigen hebben overweldigend gebruik gemaakt van moleculen genaamd "chirale liganden" om de moleculaire chiraliteit van geneesmiddelen in het laboratorium of de industrie op moleculaire schaal effectief te beheersen, een proces dat asymmetrische synthese wordt genoemd. Echter, de bestaande technologieën voor het produceren van geneesmiddelen met één enantiomeer bestaan ​​uit gecompliceerde procedures, die duur en milieuonvriendelijk zijn.

Dr. Jeffery Huang Zhifeng, Universitair hoofddocent bij de afdeling Natuurkunde van HKBU, en zijn onderzoeksteam bedachten een nieuwe benadering voor het manipuleren van moleculaire chiraliteit door middel van controle op macroschaal in samenwerking met de Universiteit van Sichuan, Guangxi Medical University en de Southern University of Science and Technology. Het omvat het bemiddelen van de manipulatie met spiraalvormige metalen nanostructuren (d.w.z. metalen nanohelices) die de vorm hebben van een spiraalvormige veer, en ze hebben een karakteristieke grootte van een duizendste van de diameter van een mensenhaar.

Draairichting bepaalt moleculaire chiraliteit

Het onderzoeksteam heeft de metalen nanohelices gefabriceerd met behulp van een nanofabricagetechniek die glacing angle deposition (GLAD) wordt genoemd. Zilver en koper werden afgezet op een ondersteunend substraat dat met de klok mee en tegen de klok in werd gedraaid om de rechtshandige en linkshandige metalen nanohelices te fabriceren, respectievelijk.

Het onderzoeksteam gebruikte vervolgens ultraviolet licht om een ​​chemische reactie op te wekken. Dit zorgde ervoor dat 2-antraceencarbonzuur (AC) -moleculen die adsorberen op de metalen nanohelices de chemische reactie ondergaan en chirale moleculaire producten vormen, die vergelijkbaar zijn met sommige chirale geneesmiddelen. Toen AC werd bevestigd aan het oppervlak van de rechtshandige metalen nanohelices en werd blootgesteld aan ultraviolet licht, het produceerde bij voorkeur "rechtshandige" chirale moleculaire producten. Op dezelfde manier, toen AC werd geadsorbeerd op het oppervlak van de linkshandige metalen nanohelices en blootgesteld aan ultraviolet licht, het produceerde bij voorkeur "linkshandige" chirale moleculaire producten. Met andere woorden, de chiraliteit van het moleculaire product kan betrouwbaar worden bepaald door de chiraliteit van de metalen nanohelices, die wordt bestuurd door de richting van de rotatie van het substraat.

Het onderzoek toont aan dat het beheersen van de richting van substraatrotatie op macroscopisch niveau gemakkelijk moleculaire chiraliteit kan manipuleren. Dit is een ongekende toepassing van de macroschaalmethode (door de controle van de rotatierichting van een 4-inch substraathouder) om chiraliteit op moleculaire schaal te manipuleren (chirale moleculaire producten in het bereik van een miljardste van een meter) .

Groene aanpak om bijwerkingen van medicijnen te verminderen

"Ons succes bij het manipuleren van moleculaire chiraliteit door middel van macroscopische engineering maakt de gemakkelijke synthese van geneesmiddelen in vormen met één enantiomeer mogelijk met alleen links- of rechtshandigheid. het zal helpen om de ongunstige, soms dodelijk, bijwerkingen van veel therapeutische medicijnen, " zei dr. Huang.

Het gebruik van chirale liganden in de conventionele methode van asymmetrische synthese is onvermijdelijk, en het kan ertoe leiden dat vervuiling in het milieu terechtkomt. In tegenstelling tot, in deze nieuwe benadering kunnen de metalen nanohelices herhaaldelijk worden gebruikt om geneesmiddelen met één enantiomeer te produceren zonder het gebruik van chirale liganden. Als resultaat, het effent de weg naar de massaproductie van betaalbare therapeutische medicijnen die op een schaalbare manier worden gemaakt met recyclebare materialen.