Pesquisadores da Universidade de Cambridge inventaram 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 naturalapresentando o que a equipe chama de reação “anti-Friedel-Crafts”. A química tradicional da Friedel-Crafts requer produtos químicos poderosos ou catalisadores metálicos e condições laboratoriais adversas. Devido a estes requisitos, a reação ocorre frequentemente no início da fabricação do medicamento e depois passa por muitas etapas químicas adicionais para produzir o medicamento final.
O novo método de Cambridge reverte esse processo, permitindo que os pesquisadores façam alterações nas moléculas dos medicamentos no final do desenvolvimento.
A reação conduzida por LED forma ligações químicas importantes
Esta reação não depende de catalisadores de metais pesados, mas é ativada por luzes LED à temperatura ambiente. Quando a luz desencadeia a reação, ela desencadeia um processo em cadeia autossustentável que forma ligações carbono-carbono sob condições amenas, sem a necessidade de reagentes tóxicos ou caros.
Com efeito, esta abordagem permite aos químicos ajustar moléculas complexas perto do final do processo de desenvolvimento de medicamentos, em vez de desmontá-las e reconstruí-las uma por uma – o que de outra forma poderia levar meses.
“Encontramos uma nova maneira de fazer alterações precisas em moléculas complexas de medicamentos, particularmente aquelas que foram particularmente difíceis de modificar no passado”, disse o primeiro autor David Vahey, pesquisador de doutorado no St John’s College, Universidade de Cambridge.
“Os cientistas podem passar meses reconstruindo grandes porções de uma molécula apenas para testar uma pequena mudança. Agora, os cientistas podem começar com seus resultados e depois fazer pequenas modificações, em vez de realizar um processo de várias etapas em centenas de moléculas.”
“Essa reação permite que os cientistas façam ajustes precisos posteriormente no processo, sob condições amenas, sem depender de reagentes tóxicos ou caros. Isso abre um espaço químico anteriormente inacessível e dá aos químicos medicinais uma ferramenta mais limpa e eficiente para explorar novas versões de medicamentos.”
Descoberta mais rápida de medicamentos, menos desperdício
A redução do número de etapas de síntese reduz o uso de produtos químicos, reduz 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 alterem uma parte específica da molécula sem perturbar outras áreas sensíveis. Esta precisão é importante porque mesmo pequenas mudanças estruturais podem afetar o modo como um medicamento funciona no corpo, o seu comportamento biológico ou se causa efeitos secundários.
Essencialmente, esta descoberta resolve um desafio químico fundamental: a formação de ligações carbono-carbono. Estas ligações formam a espinha dorsal de inúmeras substâncias, incluindo combustíveis, plásticos e moléculas biológicas complexas.
A tecnologia também mostra o que os químicos descrevem como “alta tolerância a grupos funcionais”. Isto significa que pode modificar uma região da molécula enquanto deixa outros grupos funcionais inalterados. Isto torna a reação particularmente útil para a otimização do estágio final, um estágio de descoberta de medicamentos em que os cientistas ajustam as moléculas para melhorar o desempenho de um medicamento.
Como o método evita metais pesados, condições de reação adversas e rotas sintéticas demoradas, ele também pode reduzir resíduos tóxicos e consumo de energia na fabricação de medicamentos. Estes benefícios ambientais estão a tornar-se cada vez mais importantes à medida que a indústria química se esforça para reduzir o seu impacto no ambiente.
Inspirado pela pesquisa química sustentável
Vahey trabalha em um grupo de pesquisa liderado pelo professor Erwin Reisner na Universidade de Cambridge. O grupo de Reisner é conhecido por desenvolver sistemas químicos inspirados na fotossíntese. A sua investigação explora como a luz solar pode ser usada para converter resíduos, água e dióxido de carbono, gás com efeito de estufa, em produtos químicos e combustíveis úteis.
A importância deste trabalho é expandir o que os químicos podem alcançar em condições do mundo real, ao mesmo tempo que avançam em direção a tecnologias de fabricação mais ecológicas, disse Reisner, professor Yusuf Hamid de Energia e Sustentabilidade no Departamento de Química e principal autor do estudo.
“Esta é uma nova maneira de fazer ligações carbono-carbono básicas, e é por isso que o impacto potencial é tão grande. Também significa que os químicos podem evitar processos de modificação de medicamentos deficientes e ineficientes.”
Os pesquisadores testaram a reação em uma variedade de moléculas de 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 ajudará a avaliar se a tecnologia pode satisfazer os requisitos práticos e ambientais para a produção de medicamentos em grande escala.
“Transformar a indústria química numa indústria sustentável é sem dúvida uma das partes mais difíceis de toda a transição energética”, explica Reisner.
Experimentos fracassados levam a avanços
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, e então encontramos algo no caos que não esperávamos – um verdadeiro diamante bruto. Tudo graças a experimentos controlados fracassados”, disse Vai.
Ele tem testado fotocatalisadores quando os remove em experimentos de controle e descobriu que as reações funcionam tão bem e às vezes melhor sem eles.
A princípio, esse produto incomum parecia um erro. Em vez de ignorá-lo, os pesquisadores optaram por investigar mais a fundo. Reisner acredita que reconhecer a importância dos resultados inesperados é uma parte importante da descoberta científica.
“Reconhecer o valor da surpresa pode ser uma das principais características dos cientistas de sucesso”, disse ele.
A inteligência artificial ajuda a prever novas reações químicas
“Geramos enormes quantidades de dados e usamos cada vez mais inteligência artificial para ajudar a analisar os dados. Temos um algoritmo que pode prever a reatividade. A inteligência artificial é útil porque não precisamos de químicos para fazer tentativas e erros intermináveis, mas o algoritmo apenas seguirá as regras que lhe são dadas. Os humanos ainda são necessários para olhar para algo que parece errado e perguntar se é realmente algo novo.”
Neste caso, Vahey reconheceu a importância potencial das consequências não intencionais e explorou-as mais profundamente.
“David pode ver isso como uma falha de controle”, disse Reisner. “Em vez disso, ele fez uma pausa e pensou sobre o que viu. Nesse momento, escolhendo investigar em vez de ignorar, é onde a descoberta acontece.”
Depois de revelar a química por trás da reação, a equipe introduziu um modelo de aprendizado de máquina desenvolvido com o Trinity College Dublin para prever onde a reação ocorreria em uma molécula completamente nova que nunca havia sido testada em laboratório.
Ao aprender padrões de reações químicas conhecidas, os sistemas de IA podem simular resultados possíveis antes de um experimento ser conduzido. Isto permite aos investigadores identificar moléculas promissoras mais rapidamente e com menos tentativas e erros.
Para Vahey, a descoberta proporciona aos cientistas novas capacidades valiosas na descoberta e desenvolvimento de medicamentos.
“O que a indústria e outros pesquisadores farão a seguir – é aí que estarão as implicações no futuro”, disse ele. “Os dias no laboratório são, em sua maioria, dias ruins para nós. Dias bons são dias muito bons.”
“Como químico, você só precisa de um ou dois dias bons por ano – e esses dias bons podem vir de um experimento fracassado”, acrescentou Reisner.
10 famosas descobertas científicas acidentais 1. Raios X (1895)
Wilhelm Conrad Röntgen descobriu os raios X enquanto estudava a corrente elétrica fluindo através de um tubo de vidro. Ele notou que uma tela próxima começou a brilhar inesperadamente, revelando um novo tipo de radiação que permitia aos médicos ver o interior do corpo humano sem cirurgia.
2. Radioatividade (1898)
Marie Curie observou que certos minerais de urânio produziam muito mais radiação do que o próprio urânio 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. Este processo tornou a borracha prática para fins industriais e levou ao desenvolvimento de pneus e muitos outros produtos.
4. Penicilina (1928)
Alexander Fleming descobriu a penicilina depois que o mofo acidentalmente contaminou uma placa de laboratório e matou as bactérias circundantes. Esta descoberta levou aos primeiros antibióticos amplamente utilizados e transformou a medicina moderna.
5. Politetrafluoroetileno (1938)
O químico Roy Plunkett criou acidentalmente o politetrafluoroetileno enquanto fazia experiências com gases refrigerantes. Este material inesperado provou ser extremamente macio e resistente ao calor, e mais tarde foi amplamente utilizado em panelas antiaderentes e aplicações industriais.
6. SuperCola (1942)
Harry Coover estava tentando desenvolver plástico transparente, mas em vez disso criou uma substância que se ligaria instantaneamente a quase qualquer superfície. Posteriormente, foi comercializado como supercola e amplamente utilizado nas áreas doméstica, industrial e farmacêutica.
7. LSD (1943)
O químico suíço Albert Hofmann absorveu acidentalmente uma pequena quantidade de um composto que sintetizou e experimentou seus poderosos efeitos psicológicos. 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 Burnell notou a repetição de sinais de rádio enquanto analisava dados do telescópio. Os sinais foram inicialmente considerados interferência, mas mais tarde revelaram-se a primeira evidência de pulsares, estrelas de neutrões em rotação rápida, abrindo um novo campo da astrofísica.
9. Viagra (década de 1990)
Os pesquisadores da Pfizer estavam estudando um medicamento usado para tratar a angina quando os participantes relataram um efeito colateral inesperado. Este composto foi posteriormente desenvolvido como Viagra e agora é amplamente utilizado para tratar a 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 podem levar a uma perda significativa de peso. Medicamentos como o Ozempic e o Mounjaro, originalmente desenvolvidos para tratar a diabetes e mais tarde desenvolvidos para tratar a obesidade, marcam uma grande mudança nas abordagens ao controlo do peso.
