Un equipo de investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign ha desarrollado un sistema que puede distinguir electroquímicamente entre enantiómeros, moléculas que son espejos unas de otras, como la mano izquierda y la mano derecha, un fenómeno conocido en química como quiralidad. Este avance tiene implicaciones significativas en la industria farmacéutica, donde más de la mitad de los 500 medicamentos más utilizados en los Estados Unidos son enantioméricos, según Xiao Su, profesor asistente de ingeniería química y biomolecular.
A pesar de su similitud en composición, los enantiómeros, también llamados “mano izquierda” y “mano derecha”, a menudo exhiben propiedades muy diferentes. En algunos casos, un medicamento tiene un enantiómero que puede causar efectos indeseables, como dolores de cabeza, mientras que el otro puede proporcionar alivio. Dado que los nuevos medicamentos suelen requerirse que sean racémicos, es decir, que contengan una mezcla 50-50 de enantiómeros, el sistema desarrollado por Su y su equipo permitiría a los desarrolladores de medicamentos determinar más fácilmente la proporción de enantiómeros en un medicamento y, a la larga, llevar a métodos más efectivos para separarlos.
Para distinguir un enantiómero de su gemelo, los investigadores utilizaron una versátil clase de polímeros que contienen metales, también conocidos como “metallopolímeros”, que se han utilizado para el almacenamiento de energía, el tratamiento de agua y separaciones selectivas. Estos metallopolímeros generalmente no se usan para el reconocimiento de enantiómeros debido a que carecen de quiralidad. Sin embargo, al agregar un centro quiral a los metallopolímeros, los investigadores pueden usarlos para detectar electroquímicamente dos moléculas enantioméricas, como las utilizadas en medicamentos valiosos.
El reconocimiento de enantiómeros comienza con bloques de construcción químicamente diseñados en el polímero, conocidos como “centros redox”. Estos permiten que los polímeros se reduzcan y se oxiden a través de la transferencia de electrones, lo que permite a los centros redox de los polímeros unirse selectivamente, y por tanto detectar, un enantiómero mediante cambios en la corriente y el potencial.
Además, el estudio muestra por primera vez un fenómeno conocido como quiralidad supramolecular, una característica intrigante en la que el polímero muestra más quiralidad que los propios bloques de construcción del centro redox. Los investigadores aprovechan esta quiralidad supramolecular para amplificar el efecto de detección, una mejora eficiente de los métodos de detección anteriores.
A diferencia de los estudios sobre sensores quirales existentes, que en muchos casos están limitados a un solo uso, el sensor de los investigadores de Illinois está movilizado en una interfaz, lo que permite su reutilización. Aunque su método de detección recién desarrollado todavía se considera una prueba de concepto, los investigadores ya han identificado sus próximos pasos.
“Ahora que hemos demostrado las propiedades de detección y reconocimiento, el siguiente paso es traducir estas propiedades para la separación”, dijo Su. “En este momento, nuestro sistema funciona muy bien para la detección quiral, pero más allá de eso, queremos crear dispositivos y materiales aún mejores para poder purificar completamente los enantiómeros”.
El sistema de detección electroquímica de enantiómeros de los investigadores de Illinois representa un gran avance en la ingeniería química y la industria farmacéutica. Al ser capaces de distinguir y separar enantiómeros, los investigadores pueden contribuir a mejorar la eficacia de los medicamentos, minimizar los efectos secundarios y facilitar el proceso de desarrollo de medicamentos.
Estos avances en la química de enantiómeros también pueden tener implicaciones en otras áreas de la química y la biología donde la quiralidad es importante, como en la síntesis de productos químicos y en la comprensión de los procesos biológicos. Como con cualquier avance científico, el trabajo de este equipo de investigadores de Illinois abre la puerta a nuevas preguntas y oportunidades para la investigación futura.
En resumen, el equipo de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign ha desarrollado una tecnología novedosa que puede distinguir y separar enantiómeros, una tarea que ha desafiado a los ingenieros químicos durante mucho tiempo. Este avance tiene el potencial de mejorar el desarrollo y la eficacia de los medicamentos, lo que podría beneficiar a millones de personas que dependen de estos medicamentos para su salud y bienestar.
Referencia: https://doi.org/10.1002/adfm.202301545
