Opdagelse af naturligt chirale overflader til sikrere lægemidler

I 1960'erne, det beroligende middel thalidomid var meget populært som et af de eneste ikke-barbiturater, håndkøbs-søvnmidler på markedet. Da lægerne begyndte at bemærke, at det også hjalp med at lindre morgenkvalme hos gravide kvinder, mange begyndte at anbefale det til patienter til denne off-label brug. Det, der fulgte, var en verdensomspændende eksplosion i antallet af børn, der blev født med phocomelia - forkortede eller fraværende lemmer. Børn, hvis mødre var blevet anbefalet thalidomid af deres læger.

Thalidomid var en ellers harmløs forbindelse, så hvad fik det til at have så skadelige bivirkninger? Svaret ligger i chiralitetens egenskab.

Meget som et par hænder, nogle molekyler findes i to strukturer, kendt som enantiomerer, der er skelnelige spejlbilleder af hinanden. Disse kaldes chirale molekyler. Disse chirale molekyler danner meget ofte grundlaget for mange vigtige lægemidler. Men når man syntetiserer disse molekyler til lægemidler - lægemidler såsom thalidomid, ibuprofen, penicillin, og mange flere - det er meget svært at vide, hvilken "hånd" du får, og så producenter ender med batcher af molekyler, der er en blanding af begge enantiomerer. I modsætning til disse syntetiske chirale molekyler, molekylerne, der udgør livet på Jorden, er homokirale, betyder alle sukkerarter, DNA, aminosyrer, og proteiner eksisterer kun i en af ​​deres to enantiomere former. Heri ligger problemet:når chirale lægemidler fremstilles uden hensyntagen til deres "håndhævelse, "Den ene enantiomer kan være terapeutisk, mens den anden er giftig.

Så lægemiddelproducenter har en egeninteresse i at være i stand til at skabe partier af disse chirale molekyler og adskille den ene hånd fra den anden. For det meste, dette gøres ved at skabe en overflade ud af chirale molekyler af en enkelt enantiomer. Når du sender andre chirale molekyler hen over det, de homochirale overflademolekyler vil gribe ind i dem af deres modsatte enantiomer, fanger dem på overfladen, kun tillader molekyler af den ønskede enantiomer at passere over. Den vej, hvad de er tilbage med er molekyler af kun en enkelt enantiomer, som så kan bruges i lægemidler uden at risikere at blive gift.

Mens mange virksomheder har formået at skabe deres egne kunstige chirale overflader til dette formål, Nisha Shukla og Andrew Gellman har udviklet en række nye, nemmere metoder til at lave naturligt chirale metaloverflader, som skitseret i deres perspektiv "Chirale metaloverflader til enantioselektive processer, " offentliggjort i Naturmaterialer .

"Indtil vores originale værk, ingen vidste, at metaloverflader kunne have strukturer, der i sig selv er chirale, " siger Gellman, en professor i kemiteknik. "Men denne opdagelse kan tilbyde nye processer til at udføre enantioselektiv chiral kemi og derved muliggøre nye veje til enantiomert rene chirale lægemidler."

De fleste chirale overflader i praktisk brug, ifølge Gellman, er lavet af achirale materialer, der derefter behandles eller modificeres med enantiomert rene chirale adsorbater, gør dem chirale og derfor anvendelige til chiral adskillelse. Men denne nye forskning har for første gang vist, at der er mange veje til at fremstille uorganiske materialer, især metaller, som allerede er iboende chirale, hvilket betyder, at de ikke behøver at blive behandlet med disse chirale adsorbater for at være nyttige.

"Disse chirale uorganiske materialer er meget mere effektive end de traditionelt anvendte organiske materialer, " siger Shukla, hovedsystemforsker i Engineering Research Accelerator, "da de kan opretholde deres chirale struktur ved højere temperaturer og under forhold, hvor chirale organiske materialer ville nedbrydes."

Men som med enhver kommerciel proces, for at være levedygtig, det skal være skalerbart. Gennem deres forskning i disse iboende chirale overflader og analyse af den seneste udvikling på området, Gellman og Shukla har vist, at vejen til skalerbar fremstilling af disse høje overfladearealer, enantiomert rene overflader er mulige. I deres forskning, de skitserer en række potentielle metoder til at udvikle dem - fra dyrkning af chirale metalfilm, til at præge overflader med chirale mønstre, til udviklingen af ​​chirale nanopartikler. De præsenterer endda muligheden for at imponere chirale overfladeorienteringer i teksturerede substrater, selvom dette vil kræve yderligere undersøgelse.

"Hver af disse metoder har potentialet til at bringe den fuldt skalerbare fremstilling af chirale metaloverflader til en række industrier, herunder lægemidler, landbrugskemikalier, og andre, " siger Gellman. "Hvilken metode, der er mest effektiv, afhænger i sidste ende af de problemer, som den pågældende industri står over for, og den specifikke chirale kemi, som en producent ønsker at kontrollere."