I ricercatori hanno trovato una soluzione sorprendentemente versatile per creare composti chimici che potrebbero rivelarsi utili per l'imaging medico e lo sviluppo di farmaci.

Il meccanismo chimico, scoperto dagli scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) e dell'UC Berkeley del Dipartimento dell'energia, potrebbe anche ampliare la nostra comprensione dei processi di reazione chimica di base che coinvolgono aiutanti comuni, chiamati catalizzatori, come rame e oro.

Chimica inaspettata

Durante lo studio delle reazioni chimiche di una molecola contenente oro, il team di ricerca ha scoperto un meccanismo chimico che può essere utilizzato per formare composti trifluorometilici (CF3) e attaccarli ad altri composti chimici.

La loro scoperta potrebbe aiutare nella sintesi di nuovi "radiotraccianti" - composti chimici che contengono una forma radioattiva, o isotopo, di un elemento - per l'uso con un non invasivo, tecnologia di imaging medico 3D ad alta risoluzione nota come scansione PET (tomografia a emissione di positroni).

Le aziende farmaceutiche hanno mostrato un interesse crescente nell'incorporare composti CF3 - che contengono carbonio e fluoro - in una gamma di prodotti farmaceutici. Questi composti possono rendere i farmaci più selettivi, efficace, o potente. L'antidepressivo Prozac, Farmaco contro l'HIV Sustiva, e Celebrex antinfiammatorio sono tra gli esempi di farmaci contenenti composti CF3.

Quindi, nel testare l'assorbimento biologico di farmaci che incorporano composti CF3, è utile incorporare fluoro-18 (18F), un isotopo radioattivo del fluoro nel composto CF3 come una sorta di etichetta o "tracciante" che può essere rilevato dagli scanner PET.

Creazione di "traccianti" per le scansioni PET

"Questa ricerca ci permette di creare nuove classi di traccianti radioattivi che erano state troppo difficili, o addirittura impossibile, da preparare in precedenza, " ha detto Mark D. Levin, che è stato l'autore principale dello studio, pubblicato in Scienza . Ha partecipato allo studio come studente laureato alla UC Berkeley lavorando come ricercatore affiliato presso la Biomedical Isotope Facility presso il Berkeley Lab.

"Questi gruppi CF3 sono stati a lungo conosciuti come doni della chimica medicinale, ma erano tradizionalmente molto difficili da installare, " ha aggiunto. "Abbiamo sviluppato una tecnica chimica, basato su una nuova scoperta nella chimica dell'oro, che ci consente di collegare un atomo di fluoro radioattivo a una specifica classe di molecole che in precedenza era difficile da realizzare, " ha detto Levi.

Ce ne sono circa 2, 500 scanner PET negli ospedali degli Stati Uniti che eseguono complessivamente circa 2 milioni di scansioni all'anno. Le scansioni PET sono comunemente utilizzate per rilevare, carta geografica, e monitorare i tumori interni. Possono anche produrre immagini dettagliate del cervello e di altri organi, aiutare gli sviluppatori di farmaci a tracciare i percorsi biologici, concentrazione, e (comprendere meglio la?) dispersione di nuovi farmaci negli studi sugli animali, tra gli altri usi.

Il team di ricerca ha sfruttato il meccanismo per incorporare il fluoro-18 nei composti CF3 che hanno creato. Il fluoro-18 è un popolare tracciante per la rivelazione di tumori e altri bersagli biologici nelle scansioni PET. Altri ricercatori della divisione di scienze chimiche del Berkeley Lab e della struttura di isotopi biomedici, e anche il Dipartimento di Chimica dell'UC Berkeley ha partecipato allo studio.

La fluoro-18 ha un'emivita di circa 110 minuti, il che significa che la sua emissione radioattiva viene dimezzata ogni 110 minuti, e i processi chimici che lo incorporano come etichetta devono essere progettati per attaccarlo rapidamente ai composti di interesse.

La scoperta porta il team alla macchina per la produzione di isotopi

Al lavoro al campus della UC Berkeley, Levin e altri ricercatori stavano seguendo un processo chimico per produrre un composto contenente fluoro chiamato esafluoroetano, usato per incidere il silicio per i chip dei computer, associato a una molecola contenente oro. In questo sforzo, hanno arruolato un composto contenente boro.

inaspettatamente, hanno trovato un meccanismo mediante il quale il composto di boro agisce su un composto CF3 per produrre un frammento CF2 associato al catalizzatore d'oro. Questo frammento, hanno osservato, può quindi legarsi con altri composti chimici e in una fase successiva formare un nuovo composto contenente CF3.

Descrivono nel Scienza articolo su come hanno manipolato questo meccanismo per derivare composti farmacologici tra cui leflunomide, un farmaco che viene utilizzato per ridurre il gonfiore e l'infiammazione nel trattamento dell'artrite reumatoide, Per esempio, e anche un antidolorifico noto come BAY 59-3074.

"Quando abbiamo avuto la prima idea che il nostro nuovo meccanismo potesse essere utile per lo sviluppo di traccianti radioattivi, abbiamo iniziato a guardare al Berkeley Lab e alla sua struttura di isotopi biomedici, che è stato davvero centrale in questo lavoro, " ha detto Levi.

Laboratorio di Berkeley, considerato il luogo di nascita della medicina nucleare per il suo lavoro pionieristico nella scoperta e nell'applicazione di isotopi radioattivi per usi medici, mantiene un tipo di acceleratore noto come ciclotrone che produce gli isotopi radioattivi di breve durata utilizzati per produrre i composti per studi medici e altre ricerche.

Jim O'Neil, uno scienziato dello staff del Berkeley Lab che è leader del gruppo per l'impianto di isotopi biomedici del laboratorio, ha lavorato con Levin e altri membri del team di ricerca per fornire loro maggiori informazioni sul meccanismo chimico che coinvolge i composti CF3.

"Hanno visto un'applicazione del loro lavoro per i farmaci radioattivi, " ha detto O'Neil.

"Il campo farmaceutico e il campo della medicina diagnostica sono stati molto limitati nell'ottenere composti che sono stati etichettati con CF3 radioattivo e tuttavia ci sono molti farmaci che contengono questi gruppi CF3. Abbiamo prodotto l'isotopo (fluoro-18) per loro e ha fornito le strutture e la formazione per la collaborazione, " Ha aggiunto.

Levin ha affermato che il team di ricerca ha imparato come incorporare gli atomi marcatori del fluoro-18 nel meccanismo chimico utilizzato per creare nuovi composti.

Una chiamata per i candidati alla droga

"Pensiamo che questi composti d'oro saranno una potente piattaforma per preparare nuovi traccianti, e stiamo lavorando per migliorare il sistema e per identificare promettenti, bersagli farmacologici clinicamente rilevanti, " Egli ha detto.

"Idealmente, collaboriamo con un gruppo che ha un target biologico specifico o un farmaco candidato di interesse che contiene un CF3, " e lavorare per adattare il complesso d'oro che la sua squadra ha usato nell'ultimo studio all'applicazione specifica, Ha aggiunto. Quindi, il team potrebbe lavorare per sviluppare un tracciante radioattivo che incorpori quel composto.

"Anche, il nuovo meccanismo potrebbe far luce su problemi più ampi" in chimica, Egli ha detto, fornendo una comprensione più profonda dei processi di reazione fondamentali per l'oro e altri catalizzatori.