Cientistas desenvolvem moléculas automontáveis ​​com aplicações potenciais na distribuição direcionada de medicamentos

Os cientistas deram um grande passo em frente na abordagem de um dos maiores desafios permanentes da química, aprendendo como programar a automontagem de moléculas de tal forma que o resultado remaining seja previsível e desejável.

Suas moléculas “semelhantes a Malteser” poderão um dia ter um conjunto de aplicações – desde sensores altamente sensíveis e específicos até agentes de distribuição de medicamentos direcionados de última geração. (Nota do editor: para nossos leitores fora do Reino Unido, Maltesers são um doce britânico com um centro esferóide de leite maltado – coberto de chocolate, é claro, e semelhante aos Whoppers nos EUA.)

Praticamente todos os componentes dos sistemas biológicos mostram uma capacidade extraordinária e precisa de se auto-montarem da forma exacta necessária para produzirem as moléculas que fazem os milhares de milhões de coisas vitais que permitem aos organismos não só sobreviver, mas também prosperar, em ambientes em constante mudança.

Mas, apesar dos enormes avanços científicos, os investigadores ainda não sabem exatamente como estes processos são governados. O desafio – e uma tremenda oportunidade – para os químicos é decodificar esses processos e então exercer controle sobre eles para programar moléculas de forma reproduzível para fazer certas coisas.

Estamos agora mais perto dessa constatação graças a um novo estudo publicado em Química.

O trabalho foi realizado por uma equipe de cientistas liderada pelo Prof. Thorfinnur Gunnlaugsson, baseado no Trinity Biomedical Sciences Institute (TBSI), em colaboração com o Prof. Ambos os grupos fazem parte da Escola de Química do Trinity School Dublin e do AMBER Analysis Eire Centre; enquanto o Prof. Robert Pal, Departamento de Química da Universidade de Durham, também foi um colaborador importante.

Primeiro autor, Aramballi Savyasachi, ex-Ph.D. estudante da Trinity’s Faculty of Chemistry, com sede em TBSI, disse: “Conseguimos fazer ligantes à base de aminoácidos cujas estruturas de automontagem variam – de forma previsível e reprodutível – dependendo de qual aminoácido usamos. Os aminoácidos são conhecidos como os blocos de construção da vida, pois se combinam para formar diferentes sequências de proteínas. aminoácidos construir uma enorme diversidade de proteínas diferentes, que têm bilhões de funções diferentes.

“Com isso em mente, talvez não seja surpreendente que diferentes aminoácidos produzam diferentes resultados de automontagem – às vezes dando um materials macio, semelhante a um gel, e outras vezes dando ‘moléculas Malteser’ muito mais duras”. O que nos surpreendeu – e encantou – foi a descoberta de que podemos governar amplamente o processo e o resultado selecionando aminoácidos específicos. E quando adicionamos outras moléculas, como íons lantanídeos, podemos explorar aplicações de luminescência.

O professor Gunnlaugsson, da equipe TBSI, disse: “Existem tantas aplicações potenciais deste trabalho e, como sempre, muito mais para aprender. Mas as moléculas que já desenvolvemos poderão um dia ser úteis em sistemas fotônicos e ópticos, onde sensores altamente específicos são valorizados ou em aplicações de distribuição de medicamentos altamente direcionadas.

“Por exemplo, enzimas-chave aparecem em maior número quando o corpo está combatendo uma infecção e começa a quebrar as moléculas. Os produtos dessa quebra molecular poderiam estimular a atividade de tal forma que um medicamento seja liberado onde e quando for necessário, o que minimizaria alguns dos efeitos colaterais que acompanham muitas terapias menos direcionadas”.

Um benefício adicional é que você poderia monitorar a atividade do corpo, em tempo actual, com base na luminescência.

Oxana Kotova, Trinity, da equipe TBSI, acrescentou: “A luminescência é um produto muito útil de algumas interações moleculares de uma perspectiva biomédica. Em colaboração com o professor Robert Pal da Universidade de Durham, descobrimos que nosso ‘tipo Malteser’ conjuntos funcionalizados com íons lantanídeos emitem luz circularmente polarizada. Esta propriedade pode permitir a visualização de interações específicas do native dentro de meios biológicos ou encontrar uma aplicação em dispositivos optoeletrônicos.

“Gostaria de dizer que este trabalho só foi possível graças à colaboração multidisciplinar entre químicos, bioquímicos, cientistas de materiais e físicos liderados pelos Profs. Thorfinnur Gunnlaugsson, John J. Boland, Robert Pal, Matthias E. Möbius e D. Clive Willians.”

Comentando sobre a importância do trabalho, o professor Ronan Daly, do Departamento de Engenharia da Universidade de Cambridge, que não esteve envolvido neste estudo, mas é um especialista na área, disse: “Engenheiros e cientistas têm expandido os limites da fabricamos há muito tempo, pegando materiais ao nosso redor e usinando-os ou moldando-os em estruturas cada vez menores e mais precisas.

“Podemos fazer esta abordagem ‘de cima para baixo’ tão bem que ela é usada em praticamente todos os componentes fabricados que você vê, até as estruturas em micro e nanoescala em chips de computador.

“A natureza, no entanto, nunca deixa de inspirar cientistas e engenheiros, com a incrível capacidade de criar estruturas moleculares complexas que de alguma forma se encaixam perfeitamente em escala molecular, depois se encaixam em escala nano e podem construir-se inteiramente por conta própria para formar coisas que vemos e consideramos certas todos os dias.

“Essa automontagem é um tópico de pesquisa incrivelmente interessante, onde projetamos materiais ‘de baixo para cima’, com moléculas se juntando naturalmente para formar o que precisamos. É, claro, muito complicado e muito difícil de projetar e controlar – estamos só que ainda não é tão bom quanto a natureza!

“Este é um trabalho muito interessante e altamente rigoroso que fornece novos insights sobre esse controle de automontagem em escala molecular. Isso ajuda todo o campo a avançar, construindo nosso entendimento e fornece uma maneira muito repetível e robusta de fazer esses novos esferas em nanoescala que podem um dia ser usadas, por exemplo, no futuro da entrega de medicamentos, fluindo pelo corpo e liberando um medicamento alvo ou terapia genética no native certo”.