Un team internazionale di ricercatori, guidato da Mark E. Davis al Caltech, è riuscito a realizzare i primi setacci molecolari chirali. Questa scoperta apre nuove aree di indagine sia in chimica che in biologia, e ha ampie implicazioni per le aziende farmaceutiche e altri produttori chimici specializzati.

Un tratto comune tra le molecole nelle cellule è la chiralità. Gli oggetti che hanno chiralità sono immagini speculari l'uno dell'altro. Proprio come gli umani hanno due mani che sono immagini speculari l'una dell'altra, le molecole mostrano manualità e hanno versioni sinistra e destra chiamate enantiomeri. Poiché le molecole della vita, vale a dire proteine, zuccheri e DNA, sono chirali, gli enantiomeri di molecole come i farmaci hanno funzioni completamente diverse quando interagiscono con le cellule.

Le industrie chimiche speciali come l'industria farmaceutica hanno avuto difficoltà nella produzione di molecole chirali. Le sfide consistono nel separare le versioni per mancini da quelle per destrimani o nel creare direttamente solo l'enantiomero desiderato attraverso una reazione chimica.

Davis e il suo team hanno ora inventato setacci molecolari in grado sia di selezionare che di creare molecole chirali. Con questo sviluppo, i produttori potrebbero essere in grado di produrre forme più specifiche e desiderate di farmaci e altri prodotti. Un esempio di un farmaco che potrebbe essere migliorato, Davis dice, è il farmaco ibuprofene, noto anche con uno dei suoi marchi:Advil. L'ibuprofene contiene entrambe le forme sinistrorse e destrorse, ma solo la versione per mancini è terapeutica.

"Al fine di ridurre al minimo gli effetti collaterali associati all'ibuprofene, come il mal di stomaco, ulcere, e altri problemi di salute:sarebbe utile prendere solo la versione per mancini, "dice Davis, la Warren e Katharine Schlinger Professore di Ingegneria Chimica al Caltech e ricercatore principale della nuova ricerca, che appare nel numero del 1 maggio di Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze . "L'obiettivo per il futuro è creare forme chirali specifiche di molecole, non miscele. I setacci molecolari chirali ci consentiranno di farlo in nuovi modi che molto probabilmente saranno meno proibitivi in ​​termini di costi. Questi setacci possono essere robusti e riutilizzabili, e non richiedono temperature speciali e altre condizioni operative."

I setacci molecolari sono reticoli cristallini a base di silicio utilizzati in applicazioni commerciali multimiliardarie che vanno dalla produzione di benzina e gasolio alla purificazione dell'ossigeno dall'aria. I setacci, molti dei quali sono una classe chiamata "zeoliti, "sembra formaggio svizzero al microscopio, con pori interconnessi di dimensioni inferiori a 2 nanometri. I pori sono ciò che rende questi solidi così utili:lasciano passare solo molecole di una certa dimensione e forma. Inoltre, i pori possono fungere da camere di reazione catalitica per stimolare la produzione di prodotti chimici specifici.

Per creare setacci molecolari in grado di far passare selettivamente una forma specifica di una molecola chirale, i ricercatori hanno fatto diversi progressi. Primo, i coautori della Rice University hanno progettato e implementato metodi computazionali per aiutare a guidare la progettazione di molecole organiche chirali che dirigono la sintesi dei setacci molecolari chirali. Secondo, I ricercatori del Caltech, che hanno trascorso decenni a imparare quali dovrebbero essere le proprietà delle molecole organiche guida, e come poi usarli per assemblare setacci molecolari:preparato il design, molecole organiche chirali e sintetizzato i setacci molecolari chirali. Terzo, scienziati ora alla ShanghaiTech University hanno sviluppato un nuovo, metodo di microscopia elettronica a trasmissione ad alta risoluzione che è stato utilizzato per confermare che i setacci erano effettivamente le versioni per mancini o per destrimani. I ricercatori del Caltech hanno anche dimostrato che i setacci possono separare le molecole chirali o crearle catalizzando reazioni chirali.

"Quello che siamo in grado di fare qui in base alla progettazione è lasciare che i ricercatori scelgano quale forma vogliono:se vuoi la molecola della mano destra, usi il setaccio molecolare giusto e lo fai. Se vuoi l'altro, usi l'altro setaccio molecolare, "dice Davis, che da 30 anni si occupa del problema della creazione di setacci molecolari chirali. "Ora, possiamo sintetizzare molecole con chiralità usando per la prima volta catalizzatori di setacci molecolari".