Snoede vibrationer muliggør kvalitetskontrol af chirale lægemidler og kosttilskud

Det er ikke let at være sikker på, at lægemidler og kosttilskud med snoede – eller chirale – strukturer vender i den rigtige retning. Nu kan snurrende infrarødt lys undersøge både strukturerne af molekylære krystaller og deres drejninger, har forskning ledet af University of Michigan vist.

Forskerne håber, at teknikken også kan hjælpe med at diagnosticere skadelige ophobninger af snoede molekyler i kroppen, herunder blæresten, insulinfibriller og amyloidsammenlægninger såsom plaques, der opstår ved Alzheimers sygdom.

I en verden af ​​krøllede molekyler foretrækker biologien ofte højre- eller venstrehåndede versioner. Når du går langs supplementsgangen, vil du måske bemærke, at nogle har et L eller D foran navnene. L og D angiver den retning, som molekylet drejer i, med eller mod uret - den menneskelige krop bruger typisk kun én version. Molekyler med det forkerte twist kan være generende fyldstoffer eller give bivirkninger, der kan være ubehagelige eller farlige. Men kvalitetskontrol for snoede molekyler er hård, og overvågning af de chirale strukturer af lægemidler og kosttilskud, der opbevares på lager, udføres normalt ikke.

"De metoder, der oftest bruges i medicinalvirksomheder, er meget følsomme over for urenheder, men det er dyrt at måle chiralitet," siger Wonjin Choi, en forsker i kemiteknik ved U-M og førsteforfatter af papiret i Nature Photonics .

Den nye metode kan hurtigt genkende forkerte drejninger og forkerte kemiske strukturer i emballerede lægemidler ved hjælp af terahertz-stråling, en del af den infrarøde del af spektret. Det er udviklet af et internationalt team, herunder forskere ved Federal University of São Carlos, Brasilien; Brazilian Biorenewables National Laboratory; Universitetet i Notre Dame; og Michigan State University.

"Biomolekyler understøtter vridende, langtrækkende vibrationer, også kendt som chirale fononer. Disse vibrationer er meget følsomme over for strukturen af ​​molekyler og deres samlinger på nanoskala, hvilket skaber fingeraftrykket af en bestemt chiral struktur," sagde Nicholas Kotov, Irving Langmuir Distinguished University Professor of Chemical Sciences and Engineering ved U-M og medkorresponderende forfatter.

Holdet var i stand til at måle disse fononer i spektrene af snoet terahertz-lys, der passerede gennem testede materialer. En af disse, L-carnosin, bruges i øjeblikket som et kosttilskud.

"Hvis molekylets drejning er forkert, hvis drejningen i måden, hvorpå molekylerne pakkes sammen, ikke er rigtig, eller hvis forskellige materialer blev blandet i, kunne alt dette udledes af spektrene," sagde Kotov.

John Kruger, professor i veterinærmedicin ved Michigan State University og medforfatter af papiret, leverede blæresten fra hunde, og holdet opdagede deres chirale signatur. Holdet håber, at resultaterne kan hjælpe med at muliggøre hurtig diagnostik for kæledyr og måske senere mennesker. Derudover studerede de insulin, da det voksede til nanofibre, der gør det inaktivt. Hvis terahertz light-teknologien kan tilpasses til hjemmepleje, kan den verificere kvaliteten af ​​insulin.

Holdet undersøgte også, hvordan lys kan påvirke strukturer i stedet for blot at måle dem. Beregninger udført af André Farias de Moura, professor i kemi ved Federal University of São Carlos og medkorresponderende forfatter, viser, at flere biomolekyler kraftigt drejer og vibrerer, når terahertz-lys genererer chirale fononer.

"Vi forudser nye veje forude – for eksempel at bruge terahertz-bølger med skræddersyet polarisering til at manipulere store molekylære samlinger. Det kan erstatte mikrobølger i mange synteseapplikationer, hvor molekylernes håndhævelse har betydning," sagde de Moura.

Baseret på de Mouras beregninger mener Kotov og Choi, at de snoede vibrationer af chirale fononer forårsaget af terahertz-lys kan gøre sygdomsfremkaldende nanofibre mere sårbare over for medicinske indgreb. Fremtidigt arbejde vil undersøge, om denne interaktion kan bruges til at bryde dem op. + Udforsk yderligere

Bio-inspireret nano-katalysator styrer chirale reaktioner