Los científicos prevén medicamentos más puros y seguros con la ayuda de la "luz torcida" y la nanotecnología

En un nuevo estudio en el que utilizan estructuras a nanoescala para "torcer" la luz para interactuar de forma única con la materia, los científicos muestran que pueden distinguir entre las versiones de la misma molécula con la mano derecha y la mano izquierda. Tal mecanismo de detección podría ayudar a garantizar una mayor pureza y seguridad de los productos farmacéuticos, dicen.

Con colegas de centros de investigación en Bélgica e Italia, el Dr. Ventsislav Valev y el profesor Jeremy Baumberg del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido diseñaron el mecanismo de detección utilizando láseres potentes combinados con una superficie de oro nanoestructurada.

Informan su trabajo en el diario Materiales avanzados.

"Juntos, estas tecnologías podrían ayudar a garantizar que los nuevos medicamentos sean seguros y puros", dice el Dr. Valev.

Con algunas formas, la imagen del espejo es simétrica: si las mezclas, no puedes distinguir la diferencia entre una estructura y su espejo "gemelo". Pero con otras formas, por ejemplo, nuestras manos, la izquierda es una imagen especular de la derecha, pero no coincide: su mano derecha no cabe en el guante izquierdo.

En química, esta "destreza" se llama quiralidad. La quiralidad de una molécula afecta la forma en que interactúa con su entorno, y diferentes formas quirales de la misma molécula pueden tener efectos completamente diferentes.

La quiralidad es importante en el desarrollo de fármacos porque puede ser solo la versión diestra o zurda la que tenga el efecto deseado.

Quizás el ejemplo más conocido de quiralidad que destaca efectos secundarios no deseados es el de la talidomida, un medicamento que se prescribió a mujeres embarazadas en los años 1950 y 1960.

Una forma quiral de la Talidomida fue efectiva en el tratamiento de las náuseas matutinas al inicio del embarazo, pero la otra forma impidió el crecimiento saludable del feto. Pero el medicamento que recibieron los pacientes contenía ambas formas, y más de 10.000 niños en todo el mundo nacieron con miembros acortados o faltantes y otros defectos.

Por lo tanto, identificar la forma quiral correcta de un medicamento podría ser crucial. Las formas específicas se unen a receptores celulares específicos, por lo que garantizar la presencia de la versión quiral correcta determina la pureza y la efectividad del producto final. Pero el problema es que cuando se sintetiza un fármaco, ambas formas quirales se producen en cantidades iguales.

Láser, nanoestructuras de oro y luz torcida para seleccionar la quiralidad de la molécula

El uso de haces de luz polarizada es una forma en que los químicos pueden detectar diferentes formas quirales de moléculas. Diferentes formas quirales de la misma molécula retuercen la luz de diferentes maneras, produciendo "efectos quiroprácticos". Sin embargo, estos son típicamente muy débiles.

Pero al usar láseres potentes, los científicos pueden producir efectos quiroprácticos de generación de segunda armónica (SHG), que son típicamente tres órdenes de magnitud más fuertes. Y más recientemente, los científicos también han desarrollado una forma de luz súper retorcida llamada "luz superquiral" que aumenta los diferentes efectos quiroprácticos que producen las versiones zurdas y diestras de las moléculas quirales.

El Dr. Valev y sus colegas dieron un paso más hacia los efectos quiroprácticos aún más fuertes al encontrar un vínculo directo entre las ecuaciones fundamentales para la luz superchiral y SHG, una combinación que creen que puede producir efectos récord, resultando en una sensibilidad muy alta para medir la pureza quiral de drogas.

También mejoraron aún más la sensibilidad mediante el uso de diminutas estructuras de oro, conocidas como nanoestructuras plasmónicas, que enfocan la luz en puntos calientes en sus superficies, donde la luz superchiral y el SHG combinan sus efectos.

En su informe de estudio, "destacan cuatro estrategias diferentes que se han utilizado para lograr efectos quiroprácticos gigantes en nanoestructuras quirales".

También presentan dos ejemplos de lo que describen como "interruptores quirales":

"Mientras que en el primero, cambiar la quiralidad de la luz entrante provoca una inversión de la destreza en las nanoestructuras, en el segundo, cambiar la destreza de las nanoestructuras provoca una inversión en la quiralidad de la luz saliente".

El Dr. Valev dice: "Mediante el uso de nanoestructuras, láseres y esta propiedad de torsión única de la luz, podríamos destruir selectivamente la forma no deseada de la molécula, mientras que no se afecta la forma deseada".

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