Een nieuwe methode voor het verkennen van de chemische ruimte zou kunnen helpen bij het creëren van wetenschappelijke doorbraken op gebieden als het ontwerpen en ontdekken van geneesmiddelen, zeggen zijn makers.

Het concept, bekend als assemblagetheorie, wordt uiteengezet in een nieuw artikel dat vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd wetenschappelijke vooruitgang door een team van de School of Chemistry van de University of Glasgow.

Assemblagetheorie stelt wetenschappers in staat moleculen om te zetten in moleculaire bomen, als een stamboom die de ouders en nakomelingen identificeert, en de techniek kan experimenteel en computationeel worden geverifieerd.

Het team, onder leiding van professor Lee Cronin, gebruikte assemblagetheorie om de chemische ruimte te verkennen - de term die wetenschappers gebruiken voor de enorme hoeveelheid mogelijke combinaties van moleculen en chemische verbindingen.

Elke bekende chemische stof heeft een unieke positie in de chemische ruimte. Sommige, zoals DNA, hebben zich natuurlijk door evolutie ontwikkeld, terwijl anderen, zoals veel medicijnen, zijn gemaakt door middel van experimenten in laboratoria.

Assemblagetheorie biedt wetenschappers de mogelijkheid om moleculen op te splitsen in hun samenstellende delen, en om nieuwe manieren te vinden om ze te combineren met andere moleculen die vergelijkbare onderdelen hebben.

Het proces is analoog aan het opsplitsen van woorden in letters, dan de letters schudden om nieuwe woorden te maken. Het biedt scheikundigen een meer gestructureerde benadering voor het ontdekken van nieuwe moleculen, wat vaak tijdrovend vallen en opstaan ​​vereist voordat bruikbare combinaties worden gevonden.

In de krant, het team beschrijft hoe ze hun assemblagetheorie-aanpak gebruikten om de klasse van medicijnen te verkennen die bekend staan ​​als opiaten - krachtige maar verslavende pijnstillers die dodelijk kunnen zijn bij misbruik.

Nieuwe vormen van opiaten die even effectief zijn bij de behandeling van pijn, maar minder potentieel gevaarlijk zijn, kunnen artsen nieuwe benaderingen bieden voor patiëntenzorg.

Op een computer met hun assemblagetheorie-algoritme, het team groepeerde negen natuurlijke en synthetische opiaten bij elkaar. Het systeem brak de moleculen op in kleinere delen die bekend staan ​​als assemblagepools en onderzocht combinaties van de pools totdat er een route kon worden gevonden die alle opiaten in de groep kon opbouwen.

Door de delen te nemen die gemeenschappelijk zijn voor alle opiaatassemblageboomroutes, het team was in staat om nieuwe opiaten uit te vinden door de onderdelen op enigszins verschillende manieren te combineren om de algehele vorm van het molecuul te behouden, maar ontdek nieuwe architecturale types.

Op deze manier, het ontdekkingsproces kan nieuwe potentiële soorten geneesmiddelen verkennen, maar behoud enkele van de belangrijkste kenmerken die nodig zijn om het medicijn actief te laten zijn. Verdere verkenning in de toekomst zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe soorten pijnstillers die minder verslavend zijn.

Professor Cronin zei:"De chemische ruimte is niet alleen groot - het is onthutsend groot. Er zijn meer potentieel medicijnachtige moleculen om te onderzoeken dan er sterren zijn in het waarneembare universum.

"Wat de assemblagetheorie ons geeft, is een helpende hand om door die chemische ruimte te navigeren door achteruit te werken vanaf bekende moleculen. Door ze op te splitsen in hun samenstellende delen, we kunnen ons begrip ontwikkelen van hoe ze zijn gemaakt en hoe ze kunnen worden gecombineerd om nieuwe verbindingen te maken.

"Het neemt veel van het giswerk weg dat tot nu toe het chemieproces kenmerkte, en zou mogelijk het proces van het ontwikkelen van nieuwe verbindingen voor gebruik in de geneeskunde kunnen stroomlijnen. We zijn vooral enthousiast over de potentiële nieuwe opiaatkandidaten die deze techniek heeft gevonden."

De krant van het team, getiteld "Het verkennen en in kaart brengen van chemische ruimte met moleculaire assemblagebomen, " is gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .