Un LED blu si illumina su una fiala contenente acqua pesante, un composto farmaceutico, e un catalizzatore attivato dalla luce. Il nuovo approccio fotocatalitico di David MacMillan di Princeton trasforma un processo di più mesi in un passaggio di un giorno, accelerare l'arrivo di nuovi farmaci sul mercato. Credito:David MacMillan/Princeton University
La radioattività può avere un brutto colpo, ma svolge un ruolo fondamentale nella ricerca medica. Una nuova tecnica rivoluzionaria per creare molecole radioattive, pioniere nel laboratorio del professore di chimica di Princeton David MacMillan, ha il potenziale per portare nuovi farmaci ai pazienti molto più velocemente di prima.
"Il tuo farmaco medio impiega dai 12 ai 14 anni per arrivare sul mercato, "ha detto MacMillan, il James S. McDonnell Distinguished University Professor di Chimica. "Quindi tutto ciò che possiamo fare per prendere quel lasso di tempo di 14 o 12 anni e comprimerlo andrà a vantaggio della società, perché fornisce medicine alle persone, alla società, molto più velocemente."
Ogni potenziale nuovo farmaco deve essere sottoposto a test per confermare che influisca sulla parte del corpo che si intende influenzare. "Sta andando nel posto giusto? Nel posto sbagliato? Nel posto giusto e nel posto sbagliato?" chiese MacMillan.
Tracciare il percorso di una sostanza chimica che si dissolve nel flusso sanguigno ha rappresentato una seria sfida, ma uno che i radiochimici hanno risolto anni fa sostituendo singoli atomi con sostituti radioattivi. Una volta fatto ciò, "le proprietà della molecola, del farmaco, sono esattamente le stesse, tranne per il fatto che sono radioattive, e questo significa che puoi rintracciarli davvero, molto bene, " ha detto MacMillan.
Ma questo ha introdotto un nuovo problema.
"Introdurre questi atomi radioattivi nel farmaco non è una cosa banale da fare, " ha detto. "Le persone si sono sviluppate a lungo, a volte mesi, due mesi, sequenze di tre mesi solo per ottenere una piccola quantità di una sostanza con pochi atomi radioattivi".
Ma ora lui e i suoi colleghi hanno trovato un modo migliore, attingendo al loro lavoro utilizzando luci LED blu e catalizzatori che rispondono alla luce, noti come fotocatalizzatori. La loro ricerca è stata pubblicata online sulla rivista Scienza il 9 novembre.
"Era un'idea stravagante! Fortunatamente, ha funzionato, " ha detto MacMillan. "Ciò che ci è venuto in mente è stato, se le illumini, questi fotocatalizzatori potrebbero effettivamente rimuovere l'atomo non radioattivo e quindi installare l'atomo radioattivo?"
Potevano.
Da sinistra:Gleevec, un farmaco antitumorale, viene immerso in acqua pesante (T2O) e immerso in una luce LED blu per sostituire gli atomi di idrogeno con atomi di trizio (cerchi verdi) in uno scambio isotopico di idrogeno diretto (HIE). I medici possono tracciare composti radioattivi nel corpo utilizzando sofisticate tecnologie di imaging per scopi di ricerca e diagnostici. Credito:Yong Yao Loh, Kazunori Nagao, e David MacMillan/Princeton University
La tecnica di MacMillan utilizza "acqua pesante, " che sostituisce l'idrogeno (H) in H2O con trizio, una versione radioattiva dell'idrogeno che ha due neutroni in più per atomo.
"Se lasci semplicemente che la tua droga si sieda nell'acqua radioattiva e fai luce su di essa con un catalizzatore, il catalizzatore rimuoverà l'atomo che non è radioattivo, in questo caso è l'idrogeno, e lo sostituirà con trizio, " Egli ha detto.
Ad un tratto, attaccare una di queste etichette atomiche richiede ore invece di mesi, e la tecnica funziona su molti tipi di composti usati di frequente. I ricercatori lo hanno già testato su 18 farmaci disponibili in commercio, così come i candidati nella pipeline di Merck per la scoperta di farmaci.
Per i composti che non necessitano di tag radioattivi, lo stesso processo in un solo passaggio può sostituire il deuterio, una versione dell'idrogeno con un solo neutrone in più. Queste "etichette stabili" (con deuterio) e "etichette radio" (con trizio) hanno innumerevoli applicazioni, nel mondo accademico così come nella scoperta di farmaci.
La semplicità di questo nuovo approccio ha un'altra implicazione, disse Jennifer Lafontaine, il direttore senior di sintesi e chimica analitica per Pfizer a La Jolla, California, che non è stato coinvolto nella ricerca.
Poiché il processo precedente richiedeva molte risorse, Le molecole marcate con deuterio o trizio venivano spesso create solo per sostanze chimiche "abbastanza avanzate nel processo di scoperta di farmaci, " ha detto. "Questa metodologia potrebbe quindi aprire la porta a un uso precoce e ampliato dell'etichettatura isotopica nella scoperta di farmaci, migliorare significativamente la nostra capacità di studiare i candidati ai farmaci a un livello più profondo, e in una vasta gamma di applicazioni."
Questo nuovo metodo sfrutta il campo emergente della fotocatalisi sperimentato a Princeton e lo ha applicato a un altro nuovo campo, ha detto MacMillan. Ha anche un evidente valore economico, ma l'ha scartato.
"Nessuno sta brevettando nulla di tutto questo, perché vogliamo che sia disponibile per l'uso da parte di tutti, " ha detto MacMillan.
Questa tecnologia è stata sviluppata in collaborazione con Merck presso il Merck Catalysis Center di Princeton, dove lo studente laureato di Princeton Yong Yao Loh e il ricercatore post-dottorato Kazunori Nagao hanno condotto ricerche utilizzando il materiale radioattivo, ha detto Ian Davies, un coautore sul Scienza carta che era il ricercatore principale presso il laboratorio partner di Merck mentre la ricerca veniva eseguita.
"Questo è un ottimo esempio di collaborazione tra Princeton e industria a vantaggio della scienza e di tutta la società, " ha detto Davies.
