Nella corsa per creare medicine più potenti e stabili, gli scienziati sanno che l'aggiunta di fluoro può migliorare le molecole dei farmaci.

Però, c'è solo una reazione di fluorurazione nota che si verifica in natura. E questo processo viene eseguito da enzimi complessi e altamente specializzati che sono difficili da replicare. Ora, gli scienziati hanno sviluppato un nuovo molecola snella che può fare il lavoro degli enzimi ma può essere progettata e controllata minuziosamente. Questo nuovo catalizzatore trasforma un sicuro, sale di fluoruro conveniente in molecole organiche fluorurate. Oltre a prodotti farmaceutici migliorati, le molecole fluorurate possono anche agire come utili "radiotraccianti" nella tecnologia di imaging medico 3D ad alta risoluzione, come la scansione PET (tomografia a emissione di positroni).

Robert Paton, professore associato presso il Dipartimento di Chimica della Colorado State University, contribuito al nuovo studio, che è stato pubblicato questa settimana in Scienza . Il lavoro è stato ideato e condotto dalla professoressa Véronique Gouverneur dell'Università di Oxford, con progettazione e sintesi fornite da Gabriele Pupo e Francesco Ibba nel laboratorio Gouverneur, e la modalità d'azione scoperta utilizzando calcoli di meccanica quantistica da David Ascough e Paton di Oxford.

"Questo nuovo catalizzatore svolge la stessa funzione dell'enzima biologico, ma è una frazione delle dimensioni ed è più ampiamente applicabile, " disse Paton. Inoltre, il catalizzatore progettato può essere utilizzato per incorporare il fluoro in una varietà di molecole organiche, mentre l'enzima naturale è limitato a un solo bersaglio.

Progettare un nuovo artiglio molecolare

I catalizzatori accelerano le reazioni chimiche, creare nuovi composti dagli ingredienti originali. Il catalizzatore sviluppato da Paton e dai suoi colleghi è stato appositamente messo a punto per integrare gli atomi di fluoro in un nuovo prodotto organico. "Funziona come un gioco arcade con gru ad artiglio, "Paton ha detto della modalità di azione del catalizzatore. "Stai cercando di scegliere un giocattolo soffice tra tanti e tenerlo stretto. In senso lato, questo è ciò che fa il nostro catalizzatore. Circondato da altre sostanze chimiche, lega selettivamente gli anioni fluoruro utilizzando tre legami idrogeno - in effetti un artiglio molecolare - e quindi lo posiziona per aggiungere il substrato, " o località di destinazione.

Con compiti così specifici, i catalizzatori sono estremamente difficili da creare da zero. "Stai cercando di costruire una molecola con una funzione specifica e una forma tridimensionale precisa, " ha detto Paton.

È qui che entra in gioco il lavoro di Paton. Il suo laboratorio è specializzato in analisi computazionale e utilizza la meccanica quantistica per prevedere la struttura e il comportamento. Nel creare un nuovo catalizzatore, "La progettazione assistita da computer ti consente di visualizzare strutture su scala atomica, nello stesso modo in cui progetteresti un nuovo aeroplano o una nuova casa, " ha detto. In passato, Ha aggiunto, "la scoperta di nuove molecole funzionali si è basata molto sulla serendipità e su tentativi ed errori. Abbiamo combinato il calcolo con l'esperimento per capire il meccanismo di come funziona questa cosa. E l'abbiamo applicato presto per guidare il nostro progetto sperimentale".

Questo approccio consente loro di fare meno affidamento su prove ed errori che richiedono tempo. Anziché, "si tratta di ridurre al minimo il fallimento attraverso una migliore comprensione di come avvengono le reazioni, " Egli ha detto.

Una chimica più verde

Paton è entrato a far parte del CSU College of Natural Sciences questo gennaio dal suo incarico di professore associato presso l'Università di Oxford nel Regno Unito, dove si è svolto il nuovo lavoro. Porta la sua ricerca ampiamente applicabile al nuovo Chemistry Research Building.

Al di là del lavoro sul fluoro, la sua ricerca in generale sta anche aiutando a creare una chimica "più verde". L'approccio computazionale riduce i tentativi per tentativi ed errori. E migliorare la catalisi con un sistema più intelligente, molecole create su misura riducono anche i prodotti di scarto.

Nuovi catalizzatori potrebbero anche essere messi al lavoro per generare nuovi, prodotti utili dai rifiuti. Per esempio, composti appositamente progettati potrebbero trasformare i prodotti vegetali scartati in sostanze chimiche utili, come i prodotti energetici. Si tratta di "essere in grado di controllare la catalisi per generare i prodotti desiderati, " Ha detto Paton. E quel lavoro potrebbe un giorno essere alla base di un carburante farmaceutico o più pulito migliore, tutto grazie a un artiglio molecolare più efficiente.