Platformă automată de sinteză chimică folosită 24/7, bazată pe roboți și lumină, pentru producția de candidați medicamentoși
Cercetătorii au dezvoltat o platformă autonomă de sinteză chimică ce utilizează roboți și lumină vizibilă pentru a desfășura automat întregul proces de producție a compușilor chimici, de la amestecarea materiilor prime până la sinteză și analiză. Tehnologia ar putea accelera dezvoltarea medicamentelor prin reducerea sarcinii experimentelor repetitive.
Echipa condusă de profesorul Yoonsu Park de la Departamentul de Chimie al KAIST a combinat lumina vizibilă cu un proces în flux continuu, reușind să sintetizeze structura moleculară „N-metil pirol”, un cadru molecular fundamental folosit în dezvoltarea medicamentelor. Rezultatele au fost publicate în revista JACS Au.
Automatizarea întregului proces, de la amestecare la analiză
În dezvoltarea medicamentelor, moleculele proiectate trebuie sintetizate pentru a le testa eficacitatea și siguranța. Chiar și diferențe minore în structura moleculară pot impune condiții de reacție complet noi, iar trecerea de la sinteza la scară mică la producția extinsă poate modifica modul în care se transferă lumina sau căldura, necesitând ajustarea din nou a condițiilor.
Pentru a reduce această povară, echipa a integrat într-un singur sistem un robot de dozare a materiilor prime, pompe automate, un sistem de reacție prin iradiere cu lumină și echipamente de analiză. Odată ce cercetătorul pregătește echipamentul și stabilește condițiile, robotul amestecă materiile prime, iar pompele alimentează continuu soluția printr-un tub îngust, la un debit constant. Lumina vizibilă este direcționată apoi pe tub pentru a declanșa reacția chimică.
Această metodă, în care materiile prime sunt alimentate continuu prin sistem în timpul reacției, se numește proces în flux continuu. Ea seamănă cu alimentarea continuă a ingredientelor într-un vas mic, în loc să fie puse toate deodată într-un vas mare. Tubul îngust facilitează distribuirea uniformă a luminii în soluție, iar producția poate fi mărită prin operarea aceluiași proces pentru o perioadă mai lungă. După finalizarea reacției, soluția este transferată automat către echipamentele de analiză, care determină dacă compusul dorit a fost obținut și în ce cantitate.
Editarea unui singur atom
Pentru a evalua performanța sistemului automatizat, echipa a testat o reacție de editare a unui singur atom. Aceasta este o tehnologie care înlocuiește selectiv un atom specific, păstrând intact cadrul molecular general al unei materii prime numite furan. Compușii obținuți astfel pot modifica modul în care un medicament se leagă de proteinele din organism, motiv pentru care tehnologia atrage atenția în dezvoltarea medicamentelor.
Testarea compușilor complecși și producția continuă
Echipa a aplicat metoda sintetică pe peste 20 de compuși pe bază de furan. Chiar și în cazul produselor naturale complexe din punct de vedere structural, porțiunea dorită a putut fi modificată, lăsând restul structurii intact. În cadrul procesului în flux continuu, echipa a reușit de asemenea să producă în mod continuu structura N-metil pirol.
Dezvoltarea medicamentelor implică producerea de compuși cu structuri ușor diferite și compararea eficacității și siguranței acestora. De exemplu, o parte a unui compus existent poate fi modificată și apoi testată pentru a determina dacă se leagă mai eficient de o proteină-țintă terapeutică sau are o toxicitate mai scăzută decât compusul original. Noua tehnologie ar putea face mai eficientă obținerea compușilor necesari pentru astfel de comparații, ajutând cercetătorii să identifice candidați promițători pentru medicamente.
„Cât de rapid și de fiabil pot fi sintetizate moleculele proiectate va determina viteza viitoarei dezvoltări de medicamente. Ne așteptăm ca platforma dezvoltată în acest studiu să ofere o bază pentru avansarea către o eră a sintezei organice automatizate, permițând cuantificarea și reproducerea condițiilor de reacție”, a declarat Park.
