Bygger molekyler som Tinkertoys? Et banebrydende studie kan bane vejen

Molekyler er byggestenene i vores moderne verden, fra telefoner til biler til Doritos. Men at komme med nye er stadig en utrolig dyr og tidskrævende proces. En gruppe kemikere fra University of Chicago ønsker at finde en bedre måde.

"Hvis du ser på et diagram over et molekyle, det ser ud til, at du bare skal kunne snappe dem sammen som Tinkertoys, men du kan ikke, sagde Mark Levin. "Det vil vi gerne ændre."

Deres nye opdagelse, udgivet 12. maj i Natur , repræsenterer et første skridt i retning af denne transformation:en måde til let at skære nitrogenatomer fra molekyler.

På trods af årtiers forsøg kemi forbliver en kunst på mange måder, fordi molekyler er bygget i en lang, iterativ proces:vedhæftning af nogle dele, derefter bryde andre, så du kan lappe nye dele i. Hvert molekyle, vi bruger, fra fibrene i dit tæppe til de farvestoffer, der farvede det til de rengøringsmidler, du bruger til at rengøre det, er bygget på denne måde. Men nogle gange, molekylerne skabt i mellemtrinnene eller som biprodukter er meget giftige, eller hele processen tager meget tid og elektricitet.

Denne proces bliver endnu mere besværlig, når forskere eller narkotikaproducenter leder efter et nyt kemikalie, Levin sagde, da de skal oprette så mange muligheder for at teste.

"Sig, at du vil lave et nyt lægemiddel, der er målrettet mod en del af cellen, som biologer har identificeret som vigtigt for hjertesygdomme, "sagde han." Typisk du screener tusindvis af molekyler bare for at finde et par stykker, der holder fast i den del af cellen. Så går du i gang med at ændre dem, at gøre molekylerne lettere for kroppen at optage eller for at undgå bivirkninger. Hver gang du tænker, sige, 'Ville det fungere bedre med et carbonatom på den ene side i stedet for et nitrogen?' du skal gå tilbage til begyndelsen og begynde forfra med, hvordan du bygger den. "

Levins gruppe ønsker at omdanne feltet ved at introducere måder til direkte at redigere molekylet af interesse. Der er et par måder at foretage mindre redigeringer rundt om kanterne, Levin sagde, men forskere søger stadig efter teknikker til at foretage store ændringer i molekylernes skeletter.

UChicago -kemikerne fik et gennembrud i denne søgen, finde en måde at "slette" et nitrogenatom fra et molekyle. Lignende processer bruger i øjeblikket et meget giftigt molekyle - men Levins gruppe tilføjer i stedet et vigtigt reagens, eller reaktivt kemikalie, som omgår det mellemliggende trin. Nitrogen frigives som N2, og to carbonatomer danner en binding i stedet.

Som en ny grundlæggende metode, opdagelsen åbner muligheder for at konstruere molekyler.

"En ting, det lader dig gøre, er at tænke på at lave ringe på en ny måde, med potentielt færre trin. Det lader dig ændre logikken i, hvordan du laver ting, "Sagde Levin. (Ringe af molekyler er en hyppig ingrediens i kemikalier.)

Processen virker ikke for hvert enkelt molekyle, men det gør det for mange vigtige. For eksempel, Levins gruppe testede metoden på lapatinib, et molekyle godkendt af FDA som et kræftlægemiddel, og var i stand til at redigere sin sammensætning hurtigt og nemt.

"Den ene side af denne opdagelse er faktisk at kunne arbejde med en klasse af reaktioner, der stort set var underudnyttet, fordi de bare er forfærdelige at arbejde med, "Sagde Levin." Men mere generelt set, vi håber, det repræsenterer en transformation i tænkning om, hvordan du optimerer et molekyle. "