Tecnologia Científica

Novo efeito da tecnologia fotônica pode acelerar o desenvolvimento de drogas
Especificamente, o efeito fotônico pode ajudar a permitir o rápido desenvolvimento e triagem de novos antibióticos e outras drogas por meio da automação – essencialmente, químicos robóticos.
Por Universidade de Michigan - 13/01/2022


Domínio público

Semicondutores em nanoescala torcidos manipulam a luz de uma nova maneira, mostraram pesquisadores da Universidade de Bath e da Universidade de Michigan. O efeito pode ser aproveitado para acelerar a descoberta e o desenvolvimento de medicamentos que salvam vidas, bem como tecnologias fotônicas.

Especificamente, o efeito fotônico pode ajudar a permitir o rápido desenvolvimento e triagem de novos antibióticos e outras drogas por meio da automação – essencialmente, químicos robóticos. Ele oferece uma nova ferramenta de análise para triagem de alto rendimento, um método para analisar vastas bibliotecas de compostos químicos. Uma pequena amostra de cada composto preenche um poço em uma microplaca. Os poços podem ser tão pequenos quanto um milímetro cúbico, e um prato do tamanho de uma barra de chocolate pode conter mil deles.

“Para atender aos requisitos da química robótica emergente, os poços estão ficando muito pequenos – pequenos demais para os métodos analíticos atuais”, disse Ventsislav Valev, professor de física da Universidade de Bath, no Reino Unido, e coautor correspondente do artigo na Nature . Fotônica . "Então, fundamentalmente novos métodos são necessários para analisar possíveis drogas."

Uma das principais medidas na análise de drogas é a quiralidade , ou de que maneira a molécula se torce. Os sistemas biológicos, incluindo o corpo humano, geralmente preferem uma direção à outra, uma curva para destros ou canhotos. Na melhor das hipóteses, uma molécula de droga com a torção errada não faz nada, mas na pior, pode causar danos. O efeito descoberto pelos pesquisadores permite que a quiralidade seja medida em volumes 10 mil vezes menores que um milímetro cúbico.

"Os pequenos volumes possíveis para o registro desses efeitos são a propriedade de mudança de jogo que permite aos pesquisadores usar quantidades muito pequenas de medicamentos caros e coletar milhares de vezes mais dados", disse Nicholas Kotov, professor de ciências químicas e engenharia da Universidade Irving Langmuir. na Universidade de Michigan e coautor correspondente do artigo.

O método conta com uma estrutura inspirada em desenhos biológicos, desenvolvida no laboratório de Kotov. O telureto de cádmio, um semicondutor comumente usado em células solares, é moldado em nanopartículas que se assemelham a segmentos curtos de fita torcida. Estes se montam em hélices , imitando a forma como as proteínas se montam.

"Estando iluminadas com luz vermelha, as pequenas hélices semicondutoras geram uma nova luz azul e torcida. A luz azul também é emitida em uma direção específica, o que facilita a coleta e análise", disse Kotov. “A tríade de efeitos ópticos incomuns reduz drasticamente o ruído que outras moléculas e partículas em nanoescala em fluidos biológicos podem causar”.

Para usar esses efeitos na triagem de alto rendimento para descoberta de medicamentos, as nanopartículas montadas em hélices podem ser misturadas com um candidato a medicamento. Quando as nanohlices formam uma estrutura de chave e fechadura com a droga, simulando o alvo da droga, a torção das nanohlices mudará drasticamente. Esta mudança na torção pode ser medida através da luz azul.

"As aplicações de medicamentos são agora apenas uma questão de desenvolvimento tecnológico. Nosso próximo passo é buscar financiamento para esse desenvolvimento", disse Valev, que liderou os experimentos fotônicos em Bath.

A geração da luz azul a partir do vermelho também é útil no desenvolvimento de drogas em amostras que se aproximam da complexidade dos tecidos biológicos. A separação de duas cores de luz é tecnicamente fácil e ajuda a reduzir o ruído da luz, falsos positivos e falsos negativos. Enquanto a equipe tentava experimentos testando o conceito biológico, os fechamentos e atrasos do COVID-19 faziam com que as amostras de proteína estragassem a cada vez.

"O pós-doc do meu lado, Ji-Young Kim, e o estudante de doutorado Lukas Ohnoutek do lado de Bath, eles são heróis. Eles estavam tentando trabalhar em alguns turnos noturnos, mesmo quando era muito restrito", disse Kotov.

A Universidade de Michigan entrou com pedido de proteção de patente e está buscando parceiros para levar a nova tecnologia ao mercado.

 

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