Veel medicijnen zijn gedraaide moleculen met twee spiegelbeeldversies, maar het lichaam gebruikt er maar één. Geïnspireerd door fotosynthetische bacteriën, een team van de Universiteit van Michigan heeft een katalysator gebouwd die chemische reacties naar de juiste versie van verwrongen moleculen leidt. Het zou kunnen leiden tot een efficiëntere productie van sommige medicijnen.

De krul in medicijnmoleculen, een eigenschap die bekend staat als chiraliteit, helpt hen om te interageren met gelijkaardige gebogen moleculen in menselijke cellen. Het molecuul met de tegenovergestelde curve is inactief of, kan in het ergste geval zeer giftig zijn. Toch geven chemische processen ons meestal beide versies van chirale moleculen, of enantiomeren, in gelijke hoeveelheden.

"Chirale katalysatoren zijn tegenwoordig geoptimaliseerd om te werken in vloeistoffen die duur en milieuonvriendelijk zijn. Deze katalysatoren kunnen bijna uitsluitend links- of rechts-enantiomeren produceren, maar als we reacties in water willen overbrengen, ze worden vernietigd, " zei Nicholas Kotov, de Joseph B. en Florence V. Cejka hoogleraar Engineering, die het team leidde dat de nieuwe katalysator ontwierp en testte.

Het zou goedkoper en veiliger zijn om reacties in water uit te voeren. De door het team van Kotov ontwikkelde katalysatoren kunnen dit. Het zijn samenstellingen van minerale nanodeeltjes, voornamelijk gemaakt van zinkoxide. Ze bootsen organen op nanoschaal na in bacteriën, en ze zijn minstens 10 keer beter in het selecteren van een bepaalde versie van een chiraal molecuul dan eerdere katalysatoren van dit type.

"Onze chirale selectiviteit ligt constant boven de 20%, terwijl de eerdere reacties van een vergelijkbaar type amper 1% braken, " zei Kotov. "Twintig procent lijkt misschien niet veel, maar het is al technologisch waardevol omdat het de kosten van het beoogde product aanzienlijk verlaagt."

Bijvoorbeeld, sommige medicijnen - die momenteel gelijke hoeveelheden van de actieve en inactieve enantiomeren bevatten - zouden met deze katalysatoren efficiënter kunnen worden geproduceerd.

"Kostenbesparingen zijn nu al mogelijk omdat de katalysatoren goedkoop zijn, stabiel en herbruikbaar. Het vervangen van organische oplosmiddelen door water maakt ook een groot verschil, zowel voor de economie als voor het milieu."

Dit is hoe de katalysatoren werken:de openingen tussen de chirale nanodeeltjes binnen het 0,0001-millimeter "supraparticle" zijn verwrongen, dus geven ze er de voorkeur aan om moleculen met een vergelijkbare curve te ontvangen. De nanodeeltjes vangen licht en zetten het om in elektrische ladingen, die worden doorgegeven aan de moleculen in de gaten.

De moleculen gebruiken de energie om een ​​nieuwe binding te vormen. De moleculen met de juiste wendingen brengen meer tijd door in het supradeeltje, dus uiteindelijk produceren ze meer van de gedraaide producten.

Het team onderzoekt hoe de chirale selectiviteit verder kan worden verbeterd, misschien door gedraaid licht te gebruiken.

De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .