Brug af lys til at identificere chirale molekyler til lægemidler

(Phys.org) —En kombination af nanoteknologi og lysets unikke vridningsegenskab kan føre til nye metoder til at sikre lægemidlers renhed og sikkerhed.

Et direkte forhold mellem den måde, hvorpå lys er snoet af strukturer i nanoskala, og den ikke-lineære måde, hvorpå det interagerer med stof, kunne bruges til at sikre større renhed for lægemidler, gør det muligt at identificere 'onde tvillinger' af stoffer med meget større følsomhed.

Forskere fra University of Cambridge har brugt dette forhold, i kombination med kraftige lasere og nanomønstrede guldoverflader, at foreslå en sansemekanisme, der kunne bruges til at identificere de højrehåndede og venstrehåndede versioner af molekyler.

Nogle molekyler er symmetriske, så deres spejlbillede er en nøjagtig kopi. Imidlertid, de fleste molekyler i naturen har et spejlbillede, der adskiller sig - prøv at tage en venstrehåndshandske på din højre hånd, og du vil se, at dine hænder ikke kan overføres til hinanden. Molekyler, hvis spejlbilleder viser denne form for "handedness" er kendt som chirale.

Et molekyles chiralitet påvirker, hvordan det interagerer med dets omgivelser, og forskellige chirale former af det samme molekyle kan have helt forskellige virkninger. Måske det mest kendte eksempel på dette er Thalidomide, som blev ordineret til gravide i 1950'erne og 1960'erne. En chiral form for Thalidomide virkede som en effektiv behandling mod morgenkvalme i den tidlige graviditet, mens den anden form, som en 'ond tvilling', forhindret korrekt vækst af fosteret. Det lægemiddel, der blev ordineret til patienterne, var en blanding af begge former, resulterer i mere end 10, 000 børn verden over bliver født med alvorlige fødselsdefekter, såsom forkortede eller manglende lemmer.

Ved udvikling af nye lægemidler, at identificere den korrekte chirale form er afgørende. Specifikke molekyler binder sig til specifikke receptorer, så at sikre, at den korrekte chirale form er til stede, bestemmer renheden og effektiviteten af ​​slutproduktet. Imidlertid, vanskeligheden med at opnå chiral renhed er, at begge former normalt syntetiseres i lige store mængder.

Forskere fra University of Cambridge har designet en ny type følemekanisme, kombinerer lysets unikke vridningsegenskab med frekvensfordobling for at identificere forskellige chirale former for molekyler med ekstrem høj følsomhed, som kunne være nyttige i udviklingen af ​​nye lægemidler. Resultaterne er publiceret i tidsskriftet Avancerede materialer .

Følemekanismen, designet af Dr. Ventsislav Valev og professor Jeremy Baumberg fra Cavendish Laboratory, i samarbejde med kolleger fra Storbritannien og i udlandet, bruger en nanomønstret guldoverflade i kombination med kraftige lasere.

I øjeblikket, forskellige chirale former for molekyler detekteres ved at bruge stråler af polariseret lys. Den måde, hvorpå lyset bliver snoet af molekylerne, resulterer i kirotiske effekter, som typisk er meget svage. Ved at bruge kraftige lasere, anden harmoniske generation (SHG) chiroptiske effekter dukker op, som typisk er tre størrelsesordener stærkere. SHG er en kvantemekanisk proces, hvorved to røde fotoner kan tilintetgøres for at skabe en blå foton, skabe blåt lys fra rødt.

For nylig, endnu et stort skridt i retning af at øge chiroptiske effekter kom fra udviklingen af ​​superkiralt lys – en super snoet form for lys.

Forskerne identificerede en direkte forbindelse mellem de grundlæggende ligninger for superkiralt lys og SHG, hvilket ville muliggøre endnu stærkere kirotiske effekter. Kombination af superchiralt lys og SHG kan give rekordstore effekter, hvilket ville resultere i meget høj følsomhed til måling af den chirale renhed af lægemidler.

Forskerne brugte også små guldstrukturer, kendt som plasmoniske nanostrukturer, at fokusere lysstrålerne. Ligesom en glaslinse kan bruges til at fokusere sollys til et bestemt sted, disse plasmoniske nanostrukturer koncentrerer indkommende lys til hotspots på deres overflade, hvor de optiske felter bliver enorme. På grund af tilstedeværelsen af ​​optiske feltvariationer, det er i disse hotspots, at superchiralt lys og SHG kombinerer deres effekter.

"Ved at bruge nanostrukturer, lasere og lysets unikke vridningsegenskab, vi kunne selektivt ødelægge den uønskede form af molekylet, mens den ønskede form ikke påvirkes, " sagde Dr. Valev. "Sammen, disse teknologier kan hjælpe med at sikre, at nye lægemidler er sikre og rene."