Pesquisadores da Universidade de Cambridge desenvolveram uma nova técnica que usa luz em vez de produtos químicos tóxicos para alterar moléculas complexas de medicamentos. A descoberta poderia acelerar o desenvolvimento de medicamentos e tornar o processo de concepção de medicamentos mais eficiente.
O estudo foi publicado em 12 de março Síntese da naturezaO grupo representa o que chama de reação “anti-Friedel-Crafts”. A química artesanal tradicional de Friedel requer fortes catalisadores químicos ou metálicos e condições laboratoriais adversas. Devido a este requisito, a reação geralmente ocorre no início da preparação do medicamento e muitas etapas químicas adicionais são seguidas para produzir o medicamento final.
O novo método de Cambridge inverte esse processo, permitindo que os pesquisadores façam alterações nas moléculas dos medicamentos muito depois do desenvolvimento.
A ligação química chave forma a reação que aciona o LED
Em vez de depender de catalisadores de metais pesados, a reação é ativada por uma lâmpada LED à temperatura ambiente. Quando a luz desencadeia a reação, ela desencadeia um processo em cadeia autossustentável que forma ligações carbono-carbono sob a luz, sem reagentes tóxicos ou caros.
Em termos práticos, este método permite que os químicos ajustem moléculas complexas perto do final do processo de desenvolvimento de medicamentos, em vez de quebrá-las e reconstruí-las aos poucos – algo que de outra forma poderia levar meses.
“Encontramos uma nova maneira de fazer modificações precisas em moléculas complexas de medicamentos, particularmente aquelas que foram excepcionalmente difíceis de modificar no passado”, disse David Vahe, primeiro autor e pesquisador PhD no St. John’s College, em Cambridge.
“Os cientistas podem passar meses reconstruindo grandes seções de uma molécula para testar uma pequena mudança. Agora, em vez de realizar processos de várias etapas para centenas de moléculas, os cientistas podem começar por acertá-las e fazer pequenas alterações mais tarde.”
“Essa reação permite que os cientistas façam ajustes precisos muito mais tarde no processo, sob condições amenas e sem depender de reagentes tóxicos ou caros. Ela abre um espaço químico que antes era de difícil acesso e dá aos químicos medicinais uma ferramenta mais limpa e eficiente para explorar novas versões de um medicamento.”
Descoberta mais rápida de medicamentos com menos desperdício
A redução do número de etapas de síntese reduz o uso de produtos químicos, diminui o consumo de energia e diminui a pegada ambiental do desenvolvimento de medicamentos. Isso também economiza um tempo valioso dos pesquisadores.
A reação é altamente seletiva, permitindo que os químicos modifiquem uma parte específica de uma molécula sem perturbar outras áreas sensíveis. Esta precisão é importante porque mesmo pequenas mudanças estruturais podem afectar a forma como um medicamento funciona no corpo, como se comporta biologicamente ou se produz efeitos secundários.
Na sua essência, a descoberta aborda um desafio químico fundamental: a formação de ligações carbono-carbono. Estas ligações formam a espinha dorsal de inúmeros materiais, incluindo combustíveis, plásticos e moléculas biológicas complexas.
A técnica também mostra o que os químicos descrevem como “alta tolerância a grupos funcionais”. Isto significa que pode alterar uma região de uma molécula enquanto deixa outros grupos funcionais intactos. Isto torna a reação particularmente útil para a otimização do estágio final, uma fase da descoberta de medicamentos onde os cientistas ajustam as moléculas para melhorar a eficácia do medicamento.
Como o método evita metais pesados, condições de reação adversas e longas rotas de síntese, ele pode reduzir resíduos tóxicos e consumo de energia na fabricação de medicamentos. Estes benefícios ambientais são cada vez mais importantes à medida que a indústria química trabalha para reduzir o seu impacto ambiental.
Inspirado pela pesquisa química sustentável
Vahe trabalhou em um grupo de pesquisa liderado pelo professor Erwin Reisner em Cambridge. O grupo de Reisner é conhecido por desenvolver sistemas químicos inspirados na fotossíntese. A sua investigação explora formas de utilizar a luz solar para converter resíduos, água e dióxido de carbono, gás com efeito de estufa, em produtos químicos e combustíveis úteis.
Yusuf Hamid, Reisner Professor de Energia e Sustentabilidade no Departamento de Química e principal autor do estudo, disse que a importância deste trabalho reside na expansão do que os químicos podem alcançar em situações práticas e na transição para técnicas de produção mais ecológicas.
“É uma nova maneira de criar uma ligação carbono-carbono fundamental e é por isso que o impacto potencial é tão grande. Isso significa que os químicos podem evitar um processo indesejado e ineficiente de modificação de medicamentos.”
Os pesquisadores testaram a reação em uma ampla gama de moléculas semelhantes a medicamentos e mostraram que ela também poderia ser adaptada a sistemas de fluxo contínuo comumente usados na produção química industrial. A colaboração com a AstraZeneca ajudou a avaliar se a estratégia poderia satisfazer os requisitos práticos e ambientais da produção farmacêutica em grande escala.
“Transformar a indústria química numa indústria sustentável é sem dúvida uma das partes mais difíceis de toda a transição energética”, explicou Reisner.
Avanços surgem de uma experiência fracassada
A descoberta começou com um resultado laboratorial inesperado, semelhante a muitas descobertas científicas famosas, incluindo raios X, penicilina, Viagra e medicamentos modernos para perda de peso.
“Fracasso após fracasso, então encontramos algo que não esperávamos na bagunça – um verdadeiro diamante bruto. E isso graças a um experimento de controle fracassado”, disse Vahe.
Ele estava testando um fotocatalisador quando o removeu durante um experimento de controle e descobriu que a reação funcionava tão bem e às vezes melhor sem ele.
A princípio, o produto incomum parecia um erro. Em vez de ignorar isso, os pesquisadores optaram por investigar mais a fundo. Segundo Reisner, reconhecer a importância dos resultados inesperados é uma parte importante da descoberta científica.
“Reconhecer o valor do inesperado é provavelmente uma das principais características de um cientista de sucesso”, disse ele.
IA ajuda a prever novas reações químicas
“Geramos muitos dados e cada vez mais usamos inteligência artificial para nos ajudar a analisá-los. Temos um algoritmo que pode prever reações. A IA ajuda porque não precisamos de químicos para fazer tentativas e erros intermináveis, mas um algoritmo só seguirá as regras que lhe são dadas. Ele pode realmente sentir para um ser humano se algo pode dar errado, e ele pode pensar em algo.”
Neste caso, Vahey reconheceu a importância potencial de resultados inesperados e explorou-a mais a fundo.
“David poderia descartá-lo como uma falha no controle”, disse Reisner. “Em vez disso, ele para e pensa sobre o que vê. Nesse momento, escolhendo investigar em vez de ignorar, é onde a descoberta acontece.”
Depois de descobrir a química por trás da reação, a equipe introduziu modelos de aprendizado de máquina desenvolvidos com o Trinity College Dublin para prever onde ocorreriam as reações em moléculas inteiramente novas que nunca haviam sido testadas em laboratório.
Ao aprender padrões de reações químicas conhecidas, os sistemas de IA podem simular resultados possíveis antes de experimentar. Isto permite aos investigadores identificar moléculas promissoras mais rapidamente e com muito menos tentativas e erros.
Para Vahey, a descoberta dá aos cientistas uma nova e valiosa capacidade de descobrir e desenvolver medicamentos.
Ele disse: “O que a indústria e outros pesquisadores farão a seguir – é aí que residem as implicações futuras. Para nós, o laboratório é principalmente dias ruins. Os dias bons são dias muito bons.”
Reisner acrescentou: “Como químico, você precisa de um ou dois dias bons por ano – e esses dias podem vir de um experimento fracassado”.
10 famosas descobertas científicas acidentais 1. Raios X (1895)
Wilhelm Konrad Roentgen descobriu os raios X enquanto estudava correntes elétricas fluindo através de tubos de vidro. Ele notou que uma tela próxima começou inesperadamente a brilhar, liberando um novo tipo de radiação que permitiu aos médicos ver o interior do corpo humano sem cirurgia.
2. Radioatividade (1898)
Marie Curie notou que certos minerais de urânio produziam muito mais radiação do que o urânio sozinho poderia explicar. Esta descoberta surpreendente levou à descoberta do polônio e do rádio e ajudou a estabelecer os campos da física nuclear e da química.
3. Borracha Vulcanizada (1839)
Charles Goodyear descobriu a vulcanização quando uma mistura de borracha natural e enxofre caiu acidentalmente em uma superfície quente. Em vez de derreter, a borracha fica forte e elástica. O processo tornou a borracha prática para uso industrial e acabou possibilitando o desenvolvimento de pneus e muitos outros produtos.
4. Penicilina (1928)
Alexander Fleming descobriu a penicilina quando o mofo contaminou acidentalmente uma placa de laboratório e matou as bactérias circundantes. A descoberta levou aos primeiros antibióticos amplamente utilizados e à transição para a medicina moderna.
5. Teflon (1938)
O químico Roy Plunkett criou acidentalmente o Teflon enquanto fazia experiências com gás refrigerante. O material inesperado mostrou-se altamente escorregadio e resistente ao calor e mais tarde foi amplamente utilizado em panelas antiaderentes e em aplicações industriais.
6. SuperCola (1942)
Harry Coover estava tentando criar plástico transparente quando, em vez disso, criou uma substância que se liga instantaneamente a quase qualquer superfície. Mais tarde comercializado como Super Glue, é amplamente utilizado em residências, manufatura e medicina.
7. LSD (1943)
O químico suíço Albert Hoffmann absorveu acidentalmente uma pequena quantidade de um composto que sintetizou e experimentou seus poderosos efeitos psicoativos. A substância, dietilamida do ácido lisérgico (LSD), mais tarde desempenhou um papel importante na pesquisa em neurociência e tornou-se controversa na cultura popular.
8. Pulsar (1967)
A estudante de pós-graduação Jocelyn Bell observou a repetição de sinais de rádio enquanto analisava dados do telescópio Burnell. Inicialmente considerados como interferência, os sinais revelaram-se a primeira evidência de pulsares, estrelas de neutrões em rotação rápida que abriram um novo campo da astrofísica.
9. Viagra (1990)
Pesquisadores da Pfizer estavam estudando um medicamento destinado ao tratamento da angina quando os participantes relataram um efeito colateral inesperado. O composto foi posteriormente desenvolvido como Viagra e agora é amplamente prescrito para disfunção erétil.
10. Injeções para perda de peso (2021)
Cientistas que desenvolvem tratamentos para diabetes tipo 2 descobriram que medicamentos que imitam o hormônio GLP-1 também levam a uma perda significativa de peso. Medicamentos como Ozempic e Mounjaro, originalmente desenvolvidos para diabetes, foram posteriormente desenvolvidos para tratar a obesidade, marcando uma grande mudança nas abordagens de controle de peso.
