Gli scienziati della Hong Kong Baptist University (HKBU) hanno sviluppato una nuova tecnica in grado di produrre farmaci terapeutici puri senza gli effetti collaterali associati.

L'approccio, che utilizza un dispositivo di fabbricazione di nanostrutture, può manipolare la chiralità delle molecole di farmaco controllando la direzione in cui un substrato viene ruotato all'interno del dispositivo, eliminando così i possibili effetti collaterali che possono insorgere quando le persone assumono farmaci contenenti molecole con la chiralità errata.

Pubblicato sulla rivista scientifica Chimica della natura , i risultati della ricerca aprono la strada alla produzione di massa di prodotti più puri, farmaci più economici e più sicuri che possono essere prodotti in modo scalabile e più rispettoso dell'ambiente.

Il controllo della chiralità molecolare migliora la sicurezza dei farmaci

Molte molecole chimiche hanno due configurazioni, o versioni chirali, che sono immagini speculari l'una dell'altra. Pur condividendo la stessa formula molecolare, le due versioni chirali hanno diverse disposizioni dei loro atomi costituenti nello spazio. Le due versioni delle molecole sono caratterizzate da configurazioni chirali sinistrorse e destrorse come le mani umane. Molecole con chiralità "mancino" e "destro" possono avere effetti biochimici totalmente diversi.

Più della metà dei farmaci terapeutici è costituita da quantità uguali di molecole chirali levogire e destrorse, comunemente noti come "racemati"; si possono curare malattie specifiche, ma l'altro può avere effetti negativi. Separare e produrre molecole con solo la disposizione chirale (nota come un singolo enantiomero) responsabile degli effetti terapeutici può aiutare a produrre farmaci con maggiore sicurezza ed efficacia.

Controllo su macroscala della chiralità molecolare

Generalmente, le molecole hanno una dimensione estremamente piccola che va da un milionesimo a centomillesimo del diametro di un capello umano. È quindi estremamente difficile produrre selettivamente una delle due versioni di molecole chirali utilizzando il controllo "macroscala" (cioè la scala dimensionale che può essere vista ad occhio nudo e azionata a mano). Per produrre farmaci a singolo enantiomero, i chimici hanno usato in modo schiacciante molecole chiamate "leganti chirali" per controllare efficacemente la chiralità molecolare dei farmaci in laboratorio o nell'industria su scala molecolare, un processo chiamato sintesi asimmetrica. Però, le tecnologie esistenti per la produzione di farmaci a singolo enantiomero sono composte da procedure complicate, che sono costosi e dannosi per l'ambiente.

Dott. Jeffery Huang Zhifeng, Professore Associato nel Dipartimento di Fisica dell'HKBU, e il suo team di ricerca ha ideato un nuovo approccio alla manipolazione della chiralità molecolare attraverso il controllo su macroscala in collaborazione con l'Università di Sichuan, Guangxi Medical University e la Southern University of Science and Technology. Si tratta di mediare la manipolazione con nanostrutture metalliche elicoidali (cioè nanoeliche metalliche) che hanno la forma di una molla elicoidale, e hanno una dimensione caratteristica di un millesimo del diametro di un capello umano.

Il senso di rotazione determina la chiralità molecolare

Il team di ricerca ha fabbricato le nanoeliche metalliche utilizzando una tecnica di nanofabbricazione chiamata glancing angle deposition (GLAD). Argento e rame sono stati depositati su un substrato di supporto che è stato ruotato in senso orario e antiorario per fabbricare le nanoeliche metalliche destrorse e sinistrorse, rispettivamente.

Il team di ricerca ha quindi utilizzato la luce ultravioletta per indurre una reazione chimica. Ciò ha causato l'assorbimento delle molecole di acido 2-antracenecarbossilico (AC) sulle nanoeliche metalliche per subire la reazione chimica e formare prodotti molecolari chirali, che sono simili ad alcuni farmaci chirali. Quando AC è stato attaccato alla superficie delle nanoeliche metalliche destrorse ed esposto alla luce ultravioletta, produceva preferenzialmente prodotti molecolari chirali "destrimani". Per lo stesso motivo, quando AC è stato adsorbito sulla superficie delle nanoeliche metalliche sinistrorse ed esposto alla luce ultravioletta, produceva preferenzialmente prodotti molecolari chirali "mancini". In altre parole, la chiralità del prodotto molecolare può essere determinata in modo affidabile dalla chiralità delle nanoeliche metalliche, che è controllato dalla direzione di rotazione del substrato.

La ricerca dimostra che il controllo della direzione di rotazione del substrato a livello macroscopico può manipolare convenientemente la chiralità molecolare. Questa è un'applicazione senza precedenti del metodo su scala macro (attraverso il controllo della direzione di rotazione di un supporto per substrato da 4 pollici) per manipolare la chiralità su scala molecolare (prodotti molecolari chirali nell'intervallo di un miliardesimo di metro) .

Approccio ecologico per ridurre gli effetti collaterali dei farmaci

"Il nostro successo nella manipolazione della chiralità molecolare attraverso l'ingegneria macroscopica consente la sintesi conveniente di farmaci in forme a singolo enantiomero con solo destrimani o mancini. Quindi, aiuterà a sbarazzarsi degli avversi, a volte fatale, effetti collaterali di molti farmaci terapeutici, " ha detto il dottor Huang.

L'uso di ligandi chirali nel metodo convenzionale di sintesi asimmetrica è inevitabile, e può causare l'inquinamento dell'ambiente. In contrasto, in questo nuovo approccio le nanoeliche metalliche possono essere utilizzate ripetutamente per produrre farmaci a singolo enantiomero senza l'uso di ligandi chirali. Di conseguenza, apre la strada alla produzione di massa di farmaci terapeutici convenienti realizzati in modo scalabile con materiali riciclabili.