توسعه دارو می تواند با استفاده از اثر فوتونیک جدید تسریع شود

نانوساختارهای نیمه هادی پیچ خورده نور قرمز را به نور آبی پیچ خورده در حجم های کوچک تبدیل می کنند که ممکن است به ایجاد داروهای کایرال کمک کند.

دانشمندان دانشگاه باث و دانشگاه میشیگان نشان داده اند که نیمه هادی های پیچ خورده در مقیاس نانو نور را به شیوه ای جدید کنترل می کنند. این اثر می تواند برای تسریع کشف و ایجاد داروهای نجات دهنده زندگی و همچنین فناوری های فوتونیکی مورد استفاده قرار گیرد.

اثر فوتونیک می تواند به توسعه سریع و غربالگری آنتی بیوتیک های جدید و سایر داروها از طریق اتوماسیون کمک کند - اساساً شیمیدانان رباتیک. این یک ابزار تجزیه و تحلیل جدید برای غربالگری با کارایی بالا ارائه می دهد، تکنیکی برای بررسی کتابخانه های عظیم ترکیبات شیمیایی.

یک نمونه دقیقه از هر ترکیب، یک چاه را روی یک میکروپلیت بسته بندی می کند. چاه ها می توانند به اندازه یک میلی متر مکعب کوچک باشند و یک بشقاب به اندازه یک شکلات می تواند هزار عدد از آنها را در خود جای دهد.

برای برآورده ساختن الزامات شیمی روباتیک نوظهور، چاه ها بسیار کوچک می شوند - برای روش های تحلیلی فعلی بسیار کوچک. بنابراین، روش‌های اساساً جدیدی برای تجزیه و تحلیل داروهای احتمالی مورد نیاز است.

جزئیات این مطالعه در Nature Photonics گزارش شده است.

یکی از اندازه‌گیری‌های اصلی در اکتشاف دارو، کایرالیته یا چرخش مولکول است. سیستم‌های بیولوژیکی، مانند بدن انسان، معمولاً یک جهت را بر دیگری ترجیح می‌دهند - فرهای چپ‌دست یا راست‌دست.

در بهترین حالت، یک مولکول دارویی با پیچش اشتباه هیچ کاری انجام نمی دهد، اما در بدترین حالت، می تواند منجر به آسیب شود. اثر آشکار شده توسط دانشمندان اجازه می دهد کایرالیته در حجم هایی که 10000 برابر کوچکتر از یک میلی متر مکعب هستند اندازه گیری شود.

حجم کوچک ممکن برای ثبت این اثرات، خاصیت تغییر بازی است که محققان را قادر می‌سازد تا از مقادیر بسیار کمی از داروهای گران قیمت استفاده کنند و هزاران برابر داده‌های بیشتری را جمع‌آوری کنند.

نیکلاس کوتوف، نویسنده همکار مطالعه و استاد برجسته دانشگاه علوم شیمی و مهندسی ایروینگ لانگمویر، دانشگاه میشیگان

این تکنیک به ساختاری بستگی دارد که تحت تأثیر طرح های بیولوژیکی است که در آزمایشگاه کوتوف فرموله شده است. تلورید کادمیوم، نیمه هادی که به طور گسترده در سلول های خورشیدی استفاده می شود، به نانوذراتی که شبیه بخش های کوتاه یک نوار پیچ خورده هستند، مهندسی شده است. اینها به شکل مارپیچ جمع می شوند و از روشی که پروتئین ها جمع می شوند تقلید می کنند.

مارپیچ های نیمه هادی کوچک که با نور قرمز روشن می شوند، نور جدیدی تولید می کنند که آبی و پیچ خورده است. نور آبی نیز در جهت خاصی ساطع می شود که جمع آوری و تجزیه و تحلیل آن را آسان می کند. تریفکتا از اثرات نوری غیرمعمول به شدت نویزهایی را که مولکول ها و ذرات نانومقیاس دیگر در مایعات بیولوژیکی ایجاد می کنند کاهش می دهد.

نیکلاس کوتوف، استاد برجسته دانشگاه ایروینگ لانگمویر در علوم و مهندسی شیمی، دانشگاه میشیگان

برای استفاده از این اثرات در غربالگری با توان بالا برای کشف دارو، نانوذرات مونتاژ شده در مارپیچ ممکن است با یک داروی نامزد ترکیب شوند. هنگامی که نانومارپیچ ها با دارو یک مجموعه قفل و کلید تشکیل می دهند و به تقلید از هدف دارو می پردازند، پیچش نانومارپیچ ها به طور قابل توجهی تغییر می کند. این تغییر در پیچش را می توان از طریق نور آبی محاسبه کرد.

«کاربرد داروها در حال حاضر فقط یک مسئله توسعه فناوری است. گام بعدی ما جستجوی بودجه برای این توسعه است.

تشکیل نور آبی از قرمز نیز در توسعه دارو در نمونه هایی که به پیچیدگی بافت های بیولوژیکی نزدیک می شوند مفید است. تقسیم دو رنگ نور از نظر فنی آسان است و به کاهش نویز نور، منفی کاذب و مثبت کاذب کمک می کند.

در حالی که محققان آزمایش‌هایی را برای آزمایش مفهوم بیولوژیکی آزمایش می‌کردند، بسته شدن و تاخیرهای COVID-19 هر بار باعث تغییر شکل نمونه‌های پروتئین می‌شد.

پسادکتر سمت من، جی یونگ کیم، و دکتری. دانشجوی لوکاس اوهنوتک در سمت حمام، آنها قهرمان هستند. آن‌ها سعی می‌کردند در شیفت‌های شبانه کار کنند، حتی زمانی که خیلی محدود بود.

نیکلاس کوتوف، نویسنده همکار مطالعه و استاد برجسته دانشگاه علوم شیمی و مهندسی ایروینگ لانگمویر، دانشگاه میشیگان

این مطالعه از انجمن سلطنتی، شورای تأسیسات علم و فناوری و شورای تحقیقات مهندسی و علوم فیزیکی در بریتانیا و دفتر تحقیقات دریایی ایالات متحده حمایت مالی دریافت کرد.

کوتوف همچنین جوزف بی و فلورانس وی سیکا استاد مهندسی و استاد مهندسی شیمی، علم و مهندسی مواد، و علم و مهندسی ماکرومولکولی است.

حفاظت از پتنت توسط دانشگاه میشیگان ثبت شده است. این دانشگاه همچنین به دنبال شرکای تجاری برای تجاری سازی فناوری جدید است.