Gli scienziati di HKBU eliminano gli effetti collaterali dei farmaci manipolando la chiralità molecolare
L’approccio, che utilizza un dispositivo di fabbricazione di nanostrutture, può manipolare la chiralità delle molecole dei farmaci controllando la direzione di rotazione di un substrato all’interno del dispositivo, eliminando così i possibili effetti collaterali che possono insorgere quando le persone assumono farmaci contenenti molecole con chiralità errata.
Pubblicati sulla famosa rivista scientifica internazionale Nature Chemistry, i risultati della ricerca aprono la strada alla produzione di massa di farmaci più puri, più economici e più sicuri che possono essere prodotti in modo scalabile e più rispettoso dell’ambiente.
Molte molecole chimiche hanno due configurazioni, o versioni chirali, che sono immagini speculari l’una dell’altra. Pur condividendo la stessa formula molecolare, le due versioni chirali hanno diverse disposizioni dei loro atomi costituenti nello spazio. Le due versioni delle molecole sono caratterizzate da configurazioni chirali per mancini e destrorsi come le mani umane. Le molecole con chiralità “mancina” e “destrorsa” possono avere effetti biochimici totalmente diversi.
Più della metà dei farmaci terapeutici sono costituiti da uguali quantità di molecole chirali per mancini e destrorsi, comunemente noti come “racemati”; uno può curare malattie specifiche, ma l’altro può avere effetti negativi. Separare e produrre molecole con solo la disposizione chirale responsabile degli effetti terapeutici può aiutare a produrre farmaci con maggiore sicurezza ed efficacia.
In generale, le molecole hanno dimensioni estremamente ridotte che vanno dal milionesimo al centomilionesimo del diametro di un capello umano. È quindi estremamente impegnativo produrre selettivamente una delle due versioni di molecole chirali usando il controllo “macroscala” (cioè la scala dimensionale che può essere vista ad occhio nudo e gestita a mano). Per produrre farmaci a singolo enantiomero, i chimici hanno usato in modo schiacciante molecole chiamate “ligandi chirali” per controllare efficacemente la chiralità molecolare dei farmaci in laboratorio o nell’industria su scala molecolare, un processo chiamato sintesi asimmetrica. Tuttavia, le tecnologie esistenti per la produzione di farmaci a singolo enantiomero sono composte da procedure complicate, che sono costose e dannose per l’ambiente.
Il dott. Jeffery Huang Zhifeng, professore associato presso il Dipartimento di Fisica della HKBU, e il suo gruppo di ricerca hanno ideato un nuovo approccio per manipolare la chiralità molecolare attraverso il controllo su macro scala in collaborazione con la Sichuan University, la Guangxi Medical University e la Southern University of Science and Technology. Implica la mediazione della manipolazione con nanostrutture metalliche elicoidali che hanno la forma di una molla elicoidale e hanno una dimensione caratteristica di un millesimo del diametro di un capello umano.
Il team di ricerca ha fabbricato le nanoeliche metalliche usando una tecnica di nanofabbricazione chiamata deposizione dell’angolo di occhiata. Argento e rame sono stati depositati su un substrato di supporto che è stato ruotato in senso orario e antiorario per fabbricare rispettivamente i nanoelici metallici per destrimani e mancini.
Il team di ricerca ha quindi utilizzato la luce ultravioletta per indurre una reazione chimica. Ciò ha causato l’assorbimento delle molecole di acido 2-antracenecarbossilico che si adsorbono sui nanoelici metallici per subire la reazione chimica e formare prodotti molecolari chirali, che sono simili ad alcuni farmaci chirali. Quando l’AC è stata attaccata alla superficie dei nanoelici metallici destrorsi ed esposta alla luce ultravioletta, produceva preferibilmente prodotti molecolari chirali “destrimani”. Allo stesso modo, quando l’AC veniva assorbito sulla superficie dei nanoelici metallici per mancini ed esposto alla luce ultravioletta, produceva preferibilmente prodotti molecolari chirali “per mancini”. In altre parole, la chiralità del prodotto molecolare può essere determinata in modo affidabile dalla chiralità delle nanoeliche metalliche, che è controllata dalla direzione di rotazione del substrato.
La ricerca dimostra che il controllo della direzione di rotazione del substrato a livello macroscopico può manipolare convenientemente la chiralità molecolare. Questa è un’applicazione senza precedenti del metodo della macro-scala per manipolare la chiralità su scala molecolare.
“Il nostro successo nella manipolazione della chiralità molecolare attraverso l’ingegneria macroscopica consente la conveniente sintesi di farmaci in forme a singolo enantiomero con la sola mano sinistra o destra. Quindi, aiuterà a sbarazzarsi degli effetti collaterali, a volte fatali, di molti farmaci terapeutici”, ha detto il dott. Huang.
L’uso dei ligandi chirali nel metodo convenzionale di sintesi asimmetrica è inevitabile e può causare l’inquinamento nell’ambiente. Al contrario, in questo nuovo approccio i nanoelici metallici possono essere usati ripetutamente per produrre farmaci a singolo enantiomero senza l’uso di ligandi chirali. Di conseguenza, apre la strada alla produzione in serie di farmaci terapeutici a prezzi accessibili che sono realizzati in modo scalabile con materiali riciclabili.
