Zázračná mašina na syntézu malých organických molekul  
Chemici vyvíjejí 3D tiskárnu organických molekul, která by jim měla hodně usnadnit život. Těší se na ni také vývojáři nových léků a aplikací.


3D tiskárna na molekuly. Kredit: L. Brian Stauffer / University of Illinois.
3D tiskárna na molekuly. Kredit: L. Brian Stauffer / University of Illinois.
V laboratořích organické chemie je velká poptávka po malých organických molekulách, které slouží pro tvorbu složitých organických molekul s báječnými vlastnostmi. Potíž je v tom, že příprava samotných těchto základních organických sloučenin bývá otravně zdlouhavá a komplikovaná. Podle Martina Burkeho z Lékařského institutu Howarda Hughese (HHMI) je to prý až tak strašné, že nám obtíže se syntézou základních organických objevů nepochybně zabránily v řadě významných objevů. Prostě na ně nezbyla energie, čas nebo finanční prostředky.

Martin Burke. Kredit: University of Illinois.
Martin Burke. Kredit: University of Illinois.
Burke a jeho kolegové se to ale rozhodli změnit. Důkladně se do toho obuli a postavili zázračnou mašinu, která dovede automatizovaným procesem syntetizovat 14 různých typů malých organických molekul ze souboru základních stavebních látek. Sami vědci hovoří o 3D tiskárně na organické molekuly a svoji novou technologii nedávno představili v časopisu Science. Jejich mašina organických zázraků je zatím v plenkách, ale Burke už sní o tom, jak s 3D tiskárnou budou pracovat zákazníci z celého světa. Najdou si webové stránky projektu, vyberou si potřebné suroviny, poskládají z nich proces syntézy a přes webové rozhraní ho spustí. Pak už se budou těšit, až jim syntetizované organické látky doručí pošta. Aby to bylo více stylové, mohly by nádobky s organickými látkami roznášet drony. Tak daleko Burke a spol. ještě nejsou, ale podle všeho na tom intenzivně pracují.

Logo REVOLUTION Medicines.
Logo REVOLUTION Medicines.
Burke se k mašině na organické zázraky dostal přes hledání nových neokoukaných léčiv. Příroda je plná zajímavých látek a Burke hledal takové, které by mohl využít v medicíně. S kolegy přitom museli syntetizovat nejen samotné objevené látky, ale i jejich mírně upravené varianty. Vědci časem zjistili, že doopravdy nejhorší překážkou je pro ně právě syntéza potřebných jednoduchých organických molekul. Úplně jim to svazovalo ruce. A pak je napadlo vyrobit si na ně molekulární 3D tiskárnu.

Logo HHMI.
Logo HHMI.

Vlastně je k tomu inspirovala příroda. Organismy si totiž většinu malých organických molekul vyrábějí jediným, univerzálním výrobním postupem. Jako by měly jedinou výrobní linku. Používají k tomu jen docela omezený počet základnách stavebních bloků, které skládají dohromady vždy stejně, s pomocí stále stejných chemických triků. Přírodou vytvořené malé organické molekuly mají tudíž krásně modulární strukturu, jako by je někdo postavil ze stavebnice LEGO. Burkeho tým to pečlivě prozkoumal a vytipoval si ty nejběžnější stavební molekuly, kterými pak naplnil molekulární 3D tiskárnu. Každou takovou molekulu vybavili dvěma chemickými spojkami, díky kterým se stavební bloky mohou snadno skládat do větších celků.

Burke a spol. vyvinuli celé stovky základních stavebních bloků a v současnosti je už nabízejí na trhu. Také založili společnost REVOLUTION Medicines, v níž chtějí pokračovat s intenzivním vývojem nové technologie. Prý už jsou teď připraveni syntetizovat rozmanité a velmi komplexní organické látky přírodního původu a také jejich rozličně pozměněné varianty. Burkeho fascinuje představa, že si s jejich zázračnou mašinou bude moct syntetizovat malé organické molekuly úplně každý – vědci všeho druhu, technici, lékaři a také široká veřejnost, když to shledá dostatečně povznášejícím.

Burke věří, že by jejich 3D tiskárna organických molekul mohla vyvést organickou chemii z přítmí laboratoří s pár zasvěcenými a odpálit mezi lidmi explozi kreativity a inovací. Škarohlídi se jistě budou ptát, jestli Burke a spol. do své mašiny zamontovali pojistku proti výrobě výbušnin a jedů, pro mírné optimisty je ale tenhle přístup fascinující demokratizací organické chemie, který rozhodně stojí za pokus.

Video: A Molecule-Making Machine. Kredit: NewsAtIllinois.



Literatura
HHMI News 12. 3. 2015, Science 347: 1221-1226.

Datum: 17.03.2015 22:53
Tisk článku

Chemie pro gymnázia II. (Organická a biochemie) - Kolář Karel
 
 
cena původní: 159 Kč
cena: 142 Kč
Chemie pro gymnázia II. (Organická a biochemie)
Kolář Karel

Diskuze:

Ako sympatizant veriacich máte ešte nádej.:-)

Marek Fucila,2015-03-18 11:18:58

Skúste sa teda zamyslieť nad tým, či by ste mohli tieto úvahy rozvíjať vo svete, kde by to všetko tak "dokonale" nepasovalo a nerobilo "čo má".
Taký svet sa predstaviť dá, ľudia v ňom však nebudú. Môže niekde pomimo paralelne existovať, mohol existovať niekedy "pred" alebo príde "potom" alebo možno bola voľba a "rozhodlo sa", že to bude fungovať práve s týmito pravidlami.

http://cs.wikipedia.org/wiki/Antropick%C3%BD_princip

Odpovědět


Palo Priezvisko,2015-03-19 14:48:48

antropicky princip je nezmysel

Odpovědět


Nezmysel?

Marek Fucila,2015-03-19 16:39:10

Co konkretne?

Odpovědět

Kdo to nebeské "lego" tak pěkně v počátk

Jaroslav Mrázek,2015-03-18 10:04:39

Že to tak pěkně pasuje dohromady a dělá co má. Na rozdíl od lidstva... ?? Jen poznámka na okraj. A nejsem (víra nestaví, jen se snaží marně a neuměle popsat svět ) věřící...

Odpovědět

Dodatky

Martin Krupicka,2015-03-18 08:50:27

Perfektní vynález pro medicinální chemii.

Pro doplnění pár odkazů:
Science popularizační omáčka:
http://www.sciencemag.org/content/347/6227/1190.summary

Hlavní články:
http://www.sciencemag.org/content/347/6227/1221.short
http://www.nature.com/nchem/journal/v6/n6/full/nchem.1947.html

Pro syntézu je využita Suzukiho reakce, která je velmi robustní a dává výtěžky nad 90%. Pro chránění boronátu používají MIDA (N-methyliminodiacetic acid boronates), které zároveň umožňují jednoduché oddělení na silikagelu. Ve směsi methanol/ether MIDA na silikagelu drží (i s celou dosud uvařenou molekulou) a dá se z něj snadno vypláchnout THF.

Díky tomu, že se v přírodě základní bloky dost často opakují, je možné velké procento přírodních látek uvařit a opracovávat jen z malého množství stavebních bloků, které jsou poměrně jednoduché a dostupné. Provoz sice asi bude drahý, ale pořád levnější než 3 roky laboratorní práce. Navíc výsledky vyplivne do pár dnů.

A nevýhody?
1. Omezení na laboratorní testy. Suzukiho rekce používá paladium. Které se nesmí vyskytnout v léčivu, takže je jeho použití při syntéze výrazně omezeno.
2. Lineární lepení stavebních bloků. Ale je otázkou času, než tam přidají nějakou další funkcionalitu pro ortogonální syntézy, např. Huisgenova cyklizace dle Sharplesse.

Odpovědět


Jak zastavit reakci?

Martin Plec,2015-03-18 14:45:41

Našel jsem si nějaké povídání o Suzukuho reakci. Jak se dosáhne toho, aby výsledný produkt nevstupoval znovu do reakce jako reaktant a neměnil se na ještě složitější produkt? Nebo se to děje, a produkty je pak třeba od sebe separovat (např. hmotnostně)?

Odpovědět


Reakce se zastavi sama

Martin Krupicka,2015-03-18 17:37:39

Suzukiho reakce je rekce mezi boronátem (B) a halogenidem (X), katalyzovaná paladiem. Pokud tedy chci lepit kostičky (R) k sobě, řekněme 4 kusy, musím mít následující:
BProt-R1
BProt-R2-X
BProt-R3-X
BProt-R4
přičemž BProt není opravdový reaktivní boronát, ale chráněný pomocí MIDA. Chráněním se rozumí pozměnění skupiny tak, že nereaguje v dané reakci, přičemž odstranění chránící skupiny je snadné (jinou reakcí). Aktivní boronát budeme značit BAkt.

Do reakční nádoby tedy
1. Odstraním chránící skupinu z BProt-R1 -> BAkt-R1
2. Přidám BProt-R2-X společně s katalyzátorem, BAkt-R1 + BProt-R2-X -> R1-R2-BProt
3. Využiji toho, že BProt se mi chytá na silikagel (kuličky oxidu křemičitého) a nalapám. Tím jsem zachytil úspěšně vzniklý produkt od nezreagovaného R1-BAkt. Nezreagované BProt-R2-X je nepříjemnost, ale nedá se nic dělat. Ze silikagelu pomocí THF vypláchnu relativně čistý R1-R2-BProt.
4. Odstraním chránící skupinu z R1-R2-BProt -> R1-R2-BAkt
5. Obdobně bodu 2, R1-R2-BAkt + BProt-R3-X -> R1-R2-R3-BProt, atd...

Problém čištění v bodu 3 je zřejmě řešitelný nějakou triviální chromatografií, až tak dalece jsem článek nestudoval, ale látky jsou dost odlišné.

Odpovědět


Martin Plec,2015-03-18 23:34:32

Princip jsem pochopil, díky za vysvětlení.

Odpovědět

Množství?

Martin Plec,2015-03-18 08:38:28

Kolik toho ta mašinka vyrobí? Počítá se to v molekulách, nebo v mililitrech? V druhém případě to asi s 3D tiskem nemá nic společného.

Odpovědět


Martin Krupicka,2015-03-18 08:56:20

3D tisk je současný buzzword, takže je potřeba ho brát s rezervou. Asi má vyjadřovat, že udělá složité věci jednoduše, z primitivních materiálů a bez dozoru.

Celkové výtěžky budou okolo 10%, tedy běžné v medicinální chemii. V ukázkové reakci z toho dostali asi 10mg, bohatě postačující na in vitro testy.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace