Многие химические молекулы, использующиеся в фармацевтике являются энантиомерами, то есть имеют две конфигурации или хиральные версии: правостороннюю и левостороннюю, которые являются зеркальным отображением друг друга. Эти версии имеют одинаковую молекулярную формулу, но различное расположение составляющих их атомов в пространстве. При этом молекулы с «левосторонней» и «правосторонней» хиральностью могут иметь совершенно разные биохимические эффекты.
По статистике более половины препаратов, использующихся сегодня в терапевтических целях, являются рацематами, то есть состоят из равного количества левосторонних и правосторонних хиральных молекул. Однако в отдельных случаях, когда одна хиральная версия лечит, а другая дает побочные эффекты, их необходимо разделить, чтобы произвести более безопасный и эффективный препарат. Это довольно непростая задача, прежде всего, из-за чрезвычайно малого размера молекул, варьирующийся от одной миллионной до одной ста тысячной диаметра человеческого волоса. Обычно для производства одноэнантиомерных используются процесс, называемый стереоселективным или асимметричным синтезом. Но к его недостаткам можно отнести сложность, высокую стоимость и низкую экологичность.
Исследовательская группа кафедры физики Гонконгского баптистского университета[1] разработала новый подход к манипулированию молекулярной хиральностью посредством металлических наноструктур, которые имеют форму спиральной пружины и размер в одну тысячную диаметра человеческого волоса. Эти «пружинки», называемые наногеликами изготавливаются при помощи технологии осаждения под углом: серебро и медь наносится на поддерживающую подложку, которую вращают по часовой стрелке и против часовой стрелки, чтобы получить правые и левые наногелики, соответственно.
Эксперимент с прохиральной молекулой 2-антраценкарбоновой кислоты, что в ходе химической реакции на поверхности правосторонних металлических наногеликов преимущественно образовывались правосторонние хиральные молекулярные продукты, а на поверхности левосторонних наногеликов левосторонние. Другими словами, хиральность молекул могла быть надежно определена хиральностью наногеликов металла, которая в свою очередь легко контролируется направлением вращения подложки.
Новую технологию легко масштабировать для массового производства одноэнантиомерных лекарственных средств, что поможет избавиться от неблагоприятных, а иногда и фатальных, побочных эффектов многих препаратов.
Использованы фото Shutterstock/FOTODOM UKRAINE
- Xueqin Wei, Junjun Liu, Guang-Jie Xia, Junhong Deng, Peng Sun, Jason J. Chruma, Wanhua Wu, Cheng Yang, Yang-Gang Wang, Zhifeng Huang. Enantioselective photoinduced cyclodimerization of a prochiral anthracene derivative adsorbed on helical metal nanostructures. Nature Chemistry, 2020; DOI: 10.1038/s41557-020-0453-0
