Rozptyl elektronů na nanokrystalech umožní levnější a rychlejší vývoj léků

Vědci z Fyzikálního ústavu AV ČR (FZU), VŠCHT a Zentivy publikovali v prestižním časopise Science nové možnosti využití rozptylu elektronů na nanokrystalických materiálech [1]. Vylepšená metoda umožní snazší a spolehlivější určení tzv. absolutní konfigurace molekul organických sloučenin, tedy také molekul používaných jako léčiva, jejichž krystaly jsou příliš malé pro současné metody. Výsledky tak v konečném důsledku přispějí k levnějšímu a rychlejšímu vývoji nových léků.

„Určení absolutní konfigurace nově syntetizovaných molekul, které tvoří krystaly pouze v nanorozměrech, bylo doposud velice obtížné, ovšem pro vývoj léků zcela nezbytné, neboť dozorové orgány jako např. U. S. Food and Drug Administration tuto informaci před schválením léku pro trh vyžadují. Naše práce přichází s novým, obecně použitelným postupem, jak určit absolutní konfiguraci organických molekul,“ říká Petr Brázda z FZU, hlavní autor článku.

Výzkumné laboratoře tuto metodu budou moci používat a jejich výzkum se zrychlí, zjednoduší a zefektivní. „Už nyní registrujeme zájem farmaceutických firem o používání naší metody,“ doplňuje spoluautor Lukáš Palatinus.

Absolutní konfiguraci molekul je nutné určovat u tzv. chirálních molekul. Chirální molekula je taková, jejíž zrcadlový obraz se má k původní molekule jako levá ruka k pravé – jsou si velmi podobné, ale nejsou stejné. Z takovýchto molekul jsou tvořeny všechny sacharidy, bílkoviny nebo DNA v živých organismech. Pokud bychom zaměnili chirální molekulu za její zrcadlový obraz, neplnila by v živém organismu svou funkci.

Dvě různé absolutní konfigurace molekuly prolinu (označované jako L- a D-prolin) jsou si vzájemně zrcadlovými obrazy (chirální). V živých organizmech se vyskytuje pouze L-prolin. Rozptylem elektronů na nanokrystalech se vědcům podařilo určit, jaká z molekul se v připraveném léčivu nachází.

Léčiva jsou v současné době většinou chirální molekuly a mezi účinkem molekul, které jsou si zrcadlovým obrazem, bývá značný rozdíl. Zatímco jedna má terapeutický účinek, druhá ho může mít velice malý, žádný nebo může být dokonce tělu nebezpečná. To je také známý případ léku Contergan, jehož jedna molekula působí proti těhotenské nevolnosti, zatímco druhá způsobuje poškození nenarozeného dítěte.

Na příkladu vhodných a nevhodných léčiv lze vidět, jak zásadní je znalost krystalové struktury pevných látek pro pochopení a vysvětlení jejich vlastností. Strukturní krystalografie, jak se tento obor nazývá, je špičkovou doménou vědců z oddělení strukturní analýzy Fyzikálního ústavu AV ČR. Výsledky aplikace jejich nové metody na materiál obsahující aminokyselinu L-prolin a molekulu antivirotika sofosbuviru byly publikovány v časopise Science 17. května 2019 [1], čímž autoři navázali na dva roky starý úspěch, který se dostal přímo na obálku tohoto časopisu [2]. Tým pod vedením dr. Lukáše Palatinuse tehdy zásadně vylepšil metodu určování poloh atomů v nanokrystalech pomocí rozptylu (difrakce) elektronů, což bylo do té doby velmi obtížné. Nyní čeští vědci rozšířili uplatnění této metody i v oborech, kde je nezbytná znalost absolutní konfigurace organických molekul – např. farmaceutický průmysl nebo molekulárně-biologický výzkum.

Reference:
[1] Electron diffraction determines molecular absolute configuration in a pharmaceutical nanocrystal. P.Brázda, L. Palatinus and M. Babor, Science (2019).
[2] Hydrogen positions in single nanocrystals revealed by electron diffraction. L. Palatinus, P. Brázda, P. Boullay, O. Perez, M. Klementová, S. Petit, V. Eigner, M. Zaarour and S. Mintova, Science (2017).

O autorech z FZU:

Mgr. Petr Brázda, Ph.D. – vystudoval anorganickou chemii na Přírodovědecké fakultě (PřF) UK, doktorský titul získal na PřF UK/Université L. Pasteur ve Štrasburku. Po doktorátu pracoval v Ústavu anorganické chemie AV ČR a od roku 2014 je členem skupiny elektronové krystalografie vedené L. Palatinusem na FZU AV ČR. Jako člen týmu získal Cenu Akademie věd za vynikající vědecké výsledky a jako spoluautor publikace cenu Evropské mikroskopické společnosti „Outstanding Paper Award 2017 Instrumentation and Technique Development“.

Petr Brázda

Dr. Lukáš Palatinus - vystudoval mineralogii a geochemii na Přírodovědecké fakultě UK, doktorský titul získal na Univerzitě v Bayreuthu a pracoval na EPFL Lausanne ve skupině prof. Gervaise Chapuise. Od svého návratu z Lausanne v roce 2009 již pracuje trvale na FZU v oddělení strukturní analýzy, kde vede skupinu elektronové krystalografie. Za svou činnost je mj. držitelem Ceny Neuron, ceny Evropské mikroskopické společnosti „Outstanding Paper Award 2017 Instrumentation and Technique Development“ a vedl tým, který získal Cenu Akademie věd za vynikající vědecké výsledky.

Lukáš Palatinus