Onlangs heeft een onderzoek op het gebied van de chemie onder leiding van een onderzoeksteam aan de Universiteit van Buffalo een innovatieve methode opgeleverd met een groot potentieel voor geneesmiddelenonderzoek en -ontwikkeling. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het gezaghebbende wetenschappelijke tijdschrift Science.
Op het gebied van de medicinale chemie is het construeren van complexe en driedimensionale medicijnmoleculen een al lang bestaande uitdaging. Hoewel eenvoudige vlakke moleculen soms werken, maken meer uitgebreide driedimensionale structuren het vaak mogelijk dat medicijnen nauwkeuriger worden afgestemd op specifieke doelen in het lichaam, waardoor hun potentie en selectiviteit worden verbeterd. Om de complexiteit van dergelijke moleculen te vergroten, vereisen traditionele synthesemethoden echter vaak extreem vervelende en dure meerdere chemische reactiestappen, die niet alleen tijdrovend zijn, maar ook gemakkelijk kunnen leiden tot verminderde opbrengsten of moeilijkheden bij de zuivering.
Het onderzoeksteam ontwikkelde een nieuwe katalytische technologie op basis van zichtbaar licht die dit probleem effectief kan oplossen. De kern van de methode is het gebruik van blauwe LED-lampen, vergelijkbaar met die welke vaak worden aangetroffen in aquaria of binnentuinen, om lichtgevoelige katalysatoren in oplossing te activeren. Op deze manier kunnen scheikundigen in één stap twee aangrenzende koolstofatomen in een molecuul tegelijkertijd modificeren.
De belangrijkste grondstoffen van deze methode zijn moleculen die koolstof-halogeenbindingen bevatten, die zeer fundamentele en veelzijdige 'chemische hulpmiddelen' zijn in de organische chemie. Onder conventionele reactieomstandigheden beïnvloeden deze reacties meestal alleen de koolstofatomen zelf, maar de nieuwe fotokatalytische methode kan aangrenzende koolstofatomen nauwkeurig bereiken. Wanneer blauw licht de katalysator activeert, komen de uitgangsmoleculen in een zeer reactieve tussentoestand terecht, waardoor scheikundigen in dezelfde bewerking nieuwe groepen atomen kunnen introduceren.
De onderzoekers noemen deze experimentele opstellingen 'Buffalo-boxen', waardoor reacties kunnen plaatsvinden in een relatief milde omgeving onder gecontroleerde blootstelling aan blauw licht. Zichtbaar licht biedt een zachter alternatief voor ultraviolet licht, dat vaak wordt gebruikt bij fotochemische reacties, maar schade kan veroorzaken aan gevoelige organische verbindingen of ongewenste nevenreacties kan veroorzaken. Deze technologie vermijdt niet alleen de problemen die worden veroorzaakt door het direct verhogen van de temperatuur van het mengsel, maar opent ook een nieuw chemisch reactiepad door de overdracht van lichtenergie.
Dr. Patricia Z. Musacchio, assistent-professor bij de afdeling scheikunde van de Universiteit van Buffalo en corresponderend auteur van het artikel, zei dat deze technologie het vermogen van scheikundigen om traditionele organische synthesehulpmiddelen te gebruiken via zichtbaar licht vergroot en naar verwachting een sneller pad zal bieden naar de ontwikkeling van geneesmiddelen. Dr. Jennifer Hirschi, universitair hoofddocent aan de Binghamton University en een andere corresponderende auteur van de studie, wees er ook op dat het bij de ontwikkeling van geneesmiddelen cruciaal is om meer moleculaire modificaties in minder stappen te bereiken, omdat dit direct verband houdt met de efficiëntie van intermediaire productie, isolatie en testen.
Momenteel is het onderzoeksteam van plan samen te werken met farmaceutische bedrijven om de geschiktheid van deze reactie bij de synthese van specifieke kandidaat-geneesmiddelen verder te onderzoeken. Verwacht wordt dat deze technologie in de toekomst niet alleen het ontwikkelingsproces van geneesmiddelen zal versnellen, maar scheikundigen ook kan helpen innovatieve geneesmiddelen met complexere structuren te synthetiseren die zich op meer uitdagende medische doelen kunnen richten.