Химики из Университета Иллинойса во главе с профессором химии и доктором Мартином Д. Берк создали машину для сборки сложных небольших молекул одним щелчком мыши, как трехмерный принтер на молекулярном уровне. Автоматизированный процесс может значительно ускорить и сделать возможным разработку новых лекарств и других технологий, основанных на малых молекулах.«Мы хотели взять очень сложный процесс, химический синтез, и сделать его простым, — сказал Берк, научный сотрудник Медицинского института Говарда Хьюза. «Простота делает возможной автоматизацию, которая, в свою очередь, может широко сделать открытия и предоставить неспециалистам существенные возможности для создания молекул».
Исследователи описали технологию в статье, размещенной на обложке журнала Science от 13 марта.«Маленькие молекулы» — это особый класс сложных компактных химических структур, встречающихся в природе.
Они очень важны в медицине (большинство доступных сейчас лекарств — это небольшие молекулы), а также в биологии в качестве зондов для обнаружения внутренней работы клеток и тканей. Небольшие молекулы также являются ключевыми элементами в таких технологиях, как солнечные элементы и светодиоды.Однако известно, что небольшие молекулы сложно создать в лаборатории. Традиционно высококвалифицированный химик тратит годы, пытаясь выяснить, как сделать каждый из них, прежде чем можно будет даже изучить его функцию, и это замедление, которое препятствует разработке лекарств и технологий на основе малых молекул.
«До сих пор узким местом был синтез», — сказал Берк. «Есть много областей, где прогресс замедляется, и многие молекулы, над которыми фармацевтические компании даже не работают, потому что барьер для синтеза очень высок».Главный вопрос, на который группа Берка пытается ответить: как взять что-то очень сложное и сделать его максимально простым?Стратегия группы заключалась в том, чтобы разбить сложные молекулы на более мелкие строительные блоки, которые можно было бы легко собрать.
Все химические строительные блоки имеют один и тот же соединительный элемент, и их можно сшить вместе с помощью одной простой реакции, так же, как детские соединительные пластиковые блоки могут иметь разные формы, но все они соединяются вместе. Многие строительные блоки, разработанные лабораторией Берка, доступны на коммерческой основе.
Чтобы автоматизировать сборку строительных блоков, группа Берка разработала простой метод фиксации и выпуска, который добавляет по одному строительному блоку за раз, смывая излишки перед добавлением следующего. Они продемонстрировали, что их машина может создавать 14 различных классов малых молекул, включая молекулы с сложной в изготовлении кольцевой структурой, используя одну и ту же автоматизированную сборку строительных блоков.«Исследования доктора Берка привели к значительному прогрессу, который помогает сделать сложный синтез малых молекул более эффективным, гибким и доступным», — сказал Майлз Фабиан из Национального института общих медицинских наук при Национальном институте здравоохранения, который частично профинансировал исследование. «Приятно думать о влиянии, которое дальнейшие достижения в этих направлениях окажут на синтетическую химию и исследования в области наук о жизни».Технология автоматического синтеза была лицензирована REVOLUTION Medicines, Inc., компанией, соучредителем которой является Берк, которая занимается созданием новых лекарств на основе небольших молекул, встречающихся в природе.
Первоначально компания фокусируется на противогрибковых препаратах, и в этой области исследования Берка уже достигли больших успехов.«Ожидается, что эта технология также создаст новые возможности и в других терапевтических областях, поскольку индустриализация технологии поможет усовершенствовать и расширить ее масштабы и масштабируемость», — сказал Берк.«Возможно, наиболее захватывающим является то, что эта работа открыла действенную дорожную карту к общему и автоматизированному способу создания большинства малых молекул.
Если эта цель будет достигнута, это поможет сместить узкое место с синтеза на функцию и даст возможность создавать небольшие молекулы. неспециалистам ".Видео: https://www.youtube.com/watch?v=y_0wC5kDN3s