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 desenvolvimento de medicamentos mais eficiente.
Um estudo publicado em 12 de março em Síntese da naturezarepresenta 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 geralmente ocorre nos estágios iniciais da produção do medicamento e é seguida por muitas etapas químicas adicionais para produzir o medicamento final.
O novo método de Cambridge inverte este processo, permitindo aos investigadores fazer alterações nas moléculas dos medicamentos em fases posteriores de desenvolvimento.
A reação no LED forma ligações químicas importantes
Em vez de depender de catalisadores de metais pesados, a reação é ativada por uma lâmpada LED à temperatura ambiente. Quando a luz desencadeia uma reação, ela desencadeia um processo em cadeia autossustentável que forma ligações carbono-carbono sob condições amenas, sem reagentes tóxicos ou caros.
Em termos práticos, esta abordagem permite que os químicos estabeleçam moléculas complexas no final do processo de desenvolvimento de medicamentos, em vez de desmontá-las e reconstruí-las aos poucos – algo que de outra forma poderia levar meses.
“Encontramos uma nova maneira de fazer alterações precisas em moléculas complexas de medicamentos, especialmente aquelas que foram excepcionalmente difíceis de modificar no passado”, disse David Wahy, primeiro autor e Ph.D. no St.
“Os cientistas podem passar meses reconstruindo grandes partes de uma molécula apenas para verificar uma pequena alteração. Agora, em vez de realizar um processo de vários passos para centenas de moléculas, os cientistas podem começar por acertá-las e fazer pequenas modificações 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. Isso 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 medicamentos.”
Descoberta mais rápida de medicamentos com menos desperdício
A redução do número de etapas de síntese reduz o uso de produtos químicos, reduz o consumo de energia e reduz o impacto 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 afectar a forma como um medicamento funciona no corpo, como se comporta biologicamente e se causa efeitos secundários.
Em essência, a descoberta resolve um problema químico fundamental: a formação de ligações carbono-carbono. Estas ligações formam a base de inúmeras substâncias, incluindo combustíveis, plásticos e moléculas biológicas complexas.
A técnica também exibe 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 intactos. Isto torna a reação particularmente útil para a otimização da fase final, a fase de descoberta de medicamentos, onde os cientistas ajustam as moléculas para fazer com que os medicamentos funcionem melhor.
Como esta abordagem evita metais pesados, condições de reação adversas e longas rotas de síntese, ela também pode reduzir resíduos tóxicos e consumo de energia na fabricação de produtos farmacêuticos. Estes benefícios ambientais estão a tornar-se cada vez mais importantes à medida que a indústria química trabalha para reduzir o seu impacto ambiental.
Inspirado pela pesquisa química sustentável
Wahi trabalha em um grupo de pesquisa liderado pelo professor Erwin Reisner em Cambridge. A equipe de Reisner é conhecida 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.
Reisner, Yusuf Hamid Professor de Energia e Sustentabilidade na Escola de Química e principal autor do estudo, disse que a importância do trabalho é expandir o que os químicos podem alcançar em ambientes práticos enquanto avançam em direção a métodos de produção mais ecológicos.
“Esta é uma nova maneira de criar uma ligação carbono-carbono fundamental, e é por isso que o impacto potencial é tão grande. Também significa que os químicos podem evitar o 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 pode ser adaptada para sistemas de fluxo contínuo comumente usados na produção química industrial. A colaboração com a AstraZeneca ajudou a avaliar se esta técnica poderia satisfazer os requisitos práticos e ambientais da produção farmacêutica em grande escala.
“A transição da indústria química para uma indústria sustentável é talvez uma das partes mais difíceis de toda a transição energética”, explicou Reisner.
A descoberta vem de um experimento fracassado
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 que não esperávamos na bagunça – um verdadeiro diamante bruto. E tudo isso graças a um experimento de controle fracassado”, disse Vahey.
Ele testou o fotocatalisador quando o removeu em um experimento de controle e descobriu que a reação funcionava tão bem, ou às vezes até melhor, sem ele.
A princípio, o produto incomum parecia um erro. Em vez de ignorá-lo, os pesquisadores decidiram 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
“Estamos gerando enormes quantidades de dados e usando cada vez mais inteligência artificial para analisá-los. Temos um algoritmo que pode prever a reatividade. A IA ajuda porque não precisamos de químicos para fazer tentativas e erros intermináveis, e o algoritmo apenas seguirá as regras que ele define. Ainda é preciso olhar para algo que parece errado e perguntar se poderia realmente ser algo novo.”
Neste caso, Vahey reconheceu a importância potencial do resultado inesperado e investigou-o mais detalhadamente.
“David poderia ter descartado isso como um descuido fracassado”, disse Reisner. “Em vez disso, ele parou e pensou sobre o que estava vendo. É nesse momento, quando ele escolhe investigar em vez de ignorar, que ocorre uma revelação.”
Depois de descobrir a química por trás desta reação, a equipe introduziu modelos de aprendizado de máquina desenvolvidos em colaboração com o Trinity College Dublin para prever onde a reação ocorreria em moléculas completamente novas que nunca haviam sido testadas em laboratório.
Ao estudar os padrões de reações químicas conhecidas, o sistema de inteligência artificial pode simular possíveis resultados antes de realizar experimentos. Isto permite aos investigadores identificar moléculas promissoras mais rapidamente e com muito menos tentativas e erros.
Para Vahey, a descoberta proporciona aos cientistas uma nova e valiosa oportunidade para a descoberta e desenvolvimento de medicamentos.
Ele disse: “O que a indústria e outros pesquisadores farão a seguir é onde estará o impacto futuro. Para nós, o laboratório é principalmente dias medianos e ruins. Dias bons são dias muito bons.”
Reisner acrescentou: “Como químico, você só precisa de um ou dois dias bons por ano – e isso pode ser o resultado de um experimento fracassado”.
10 famosas descobertas científicas acidentais 1. Raio X (1895)
Wilhelm Konrad Roentgen descobriu os raios X estudando correntes elétricas fluindo através de tubos de vidro. Ele notou que uma tela próxima de repente começou a brilhar, revelando um novo tipo de radiação que permitia aos médicos ver o interior do corpo humano sem cirurgia.
2. Radioatividade (1898)
Marie Curie notou que alguns 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 fundar o campo da física e da química nuclear.
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 tornou-se forte e elástica. Esse processo tornou a borracha prática para uso industrial e acabou permitindo o desenvolvimento de pneus e muitos outros produtos.
4. Penicilina (1928)
Alexander Fleming descobriu a penicilina depois que o mofo acidentalmente contaminou seu material de laboratório e matou as bactérias circundantes. A descoberta levou ao primeiro antibiótico amplamente utilizado e mudou a medicina moderna.
5. Teflon (1938)
O químico Roy Plunkett criou acidentalmente o Teflon enquanto fazia experiências com gases refrigerantes. O material inesperado revelou-se extremamente escorregadio e resistente ao calor e mais tarde tornou-se amplamente utilizado em panelas antiaderentes e na indústria.
6. Supercola (1942)
Harry Coover tentou desenvolver um plástico transparente, mas em vez disso criou uma substância que se ligava instantaneamente a quase qualquer superfície. Posteriormente, foi comercializado como supercola e tornou-se amplamente utilizado em residências, fábricas e medicamentos.
7. LSD (1943)
O químico suíço Albert Hofmann ingeriu acidentalmente uma pequena quantidade do composto que sintetizou e sentiu seus fortes efeitos psicológicos. A substância, dietilamida do ácido lisérgico (LSD), mais tarde desempenhou um papel importante na pesquisa em neurociência e causou polêmica na cultura popular.
8. Pulsares (1967)
A estudante de pós-graduação Jocelyn Bell Burnell notou a repetição dos sinais de rádio enquanto analisava os dados do telescópio. Os sinais, originalmente considerados interferência, revelaram-se a primeira evidência de pulsares, estrelas de neutrões em rotação rápida, abrindo um novo ramo da astrofísica.
9. Viagra (década de 1990)
Os pesquisadores da Pfizer estavam estudando um medicamento destinado ao tratamento da angina de peito 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 causam perda significativa de peso. Medicamentos como o Ozempic e o Mounjaro, originalmente desenvolvidos para tratar a diabetes, foram posteriormente desenvolvidos para tratar a obesidade, marcando uma grande mudança nas abordagens ao controlo do peso.
