Ogni volta che viene annunciato un nuovo farmaco contro il cancro, ciò rappresenta centinaia di ricercatori che trascorrono anni dietro le quinte lavorando per progettare e testare una nuova molecola. Il farmaco deve essere non solo efficace, ma anche il più sicuro possibile e facile da produrre, e questi ricercatori devono scegliere tra migliaia di possibili opzioni per la sua struttura chimica.

Ma costruire ogni possibile struttura molecolare per i test è un processo laborioso, anche se i ricercatori vogliono semplicemente cambiare un singolo atomo di carbonio.

Una nuova tecnica pubblicata dai chimici dell'Università di Chicago e dalla società farmaceutica Merck &Co. sulla rivista Science offre un modo per scavalcare questo processo, consentendo agli scienziati di produrre rapidamente e facilmente nuove molecole di interesse.

"Ciò consente di apportare modifiche a una molecola complessa senza dover ricominciare da capo il processo di progettazione", ha affermato Mark Levin, assistente professore di chimica presso UChicago e coautore del nuovo studio. "La nostra speranza è di accelerare la scoperta riducendo il tempo e l'energia necessari per questo processo."

Bulldozer la casa

Poiché i ricercatori stanno considerando una molecola, ci sono molte modifiche che potrebbero voler testare. Attaccare una coppia di atomi di idrogeno invece di atomi di azoto, ad esempio, potrebbe rendere più facile per il corpo assumere il farmaco. Forse rimuovere un atomo di carbonio ridurrebbe un particolare effetto collaterale. Ma in realtà creare quella nuova molecola può essere sorprendentemente difficile.

"Anche se in superficie sembra un piccolo interruttore, ci sono alcune cose che non sono risolvibili senza tornare all'inizio e ricominciare da zero", ha detto Levin. "Sarebbe come se stessi parlando con un appaltatore di rifare un bagno di casa tua, e lui dice:"Scusa, dovremmo demolire l'intera casa e ricominciare da capo.'"

Il laboratorio di Levin si è prefissato l'obiettivo di eludere questo laborioso processo e consentire agli scienziati di apportare una o due modifiche a una molecola quasi finita.

In questo caso, volevano essere in grado di strappare un singolo legame da una classe popolare e utile di molecole chiamate ossidi di chinolina e trasformarli in un altro tipo di molecola chiamata indoli. "In sostanza, vogliamo estrarre un singolo atomo di carbonio e lasciare tutto il resto ancora connesso come se non fosse mai stato lì", ha affermato Levin.

Si sono imbattuti in una vecchia tecnica degli anni '50 e '60 che utilizza la luce per catalizzare determinate reazioni. Oggi non è ampiamente utilizzato perché il metodo era potente ma indiscriminato; le lampade al mercurio usate negli anni '60 brillavano sull'intero spettro della luce, provocando troppe reazioni nella molecola, non solo quelle che gli scienziati volevano.

Ma Jisoo Woo, un dottorato di ricerca di UChicago. studente e primo autore del nuovo articolo, ha pensato che i risultati potrebbero essere diversi con le nuove lampade a LED che sono diventate disponibili nell'ultimo decennio. Queste lampade possono essere programmate per emettere solo determinate lunghezze d'onda della luce.

Ha funzionato. Facendo brillare solo una particolare lunghezza d'onda, gli scienziati hanno potuto catalizzare solo una particolare reazione, che taglia i legami di carbonio in modo rapido e semplice.

Levin, Woo e i loro colleghi volevano scoprire quanto potesse essere ampiamente utile questa tecnica. Hanno collaborato con Alec Christian, uno scienziato dell'azienda farmaceutica Merck, per testarlo su diversi insiemi di molecole.

La tecnica ha mostrato risultati promettenti in diverse famiglie di molecole.

"Ad esempio, abbiamo dimostrato che potremmo prendere il farmaco per il colesterolo pitavastatina e trasformarlo in un altro farmaco per il colesterolo chiamato fluvastatina. Si tratta di due molecole completamente diverse correlate solo dall'eliminazione di un atomo di carbonio", ha detto Woo. "Prima di questo metodo, avresti dovuto ricavarlo da due processi e materiali di partenza completamente diversi. Ma siamo riusciti a prendere un farmaco e trasformarlo in un altro in un'unica trasformazione".

Gli scienziati sperano che questo processo possa facilitare e accelerare il processo di progettazione di nuove molecole, in particolare quelle che coinvolgono questa particolare trasformazione, che i chimici chiamano "scaffold hop".

"Ci sono tutti i tipi di scaffold hop in cui potrebbe risultare in una molecola molto utile, ma il tempo impiegato è semplicemente proibitivo e quindi i chimici non lo guardano mai", ha detto Levin. "Potrebbero esserci dei composti fenomenali che si nascondono là fuori perché i team non hanno avuto il tempo di ricominciare."

Christian concorda:"Ci sono progetti che ho visto arrivare a un bivio perché qualcuno vuole provare un cambiamento come questo, ma ci vorrebbe un mese anche per elaborare l'intesa iniziale. Mentre con questo processo, potresti avere la tua risposta in al giorno. Penso che molte persone vorranno usare questo metodo."

Per condurre parte di questa ricerca, gli scienziati hanno utilizzato la linea di luce ChemMatCARS presso l'Advanced Photon Source, un'enorme struttura di sincrotrone a raggi X presso l'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. + Esplora ulteriormente

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