Ein Atom in einem Molekül durch Licht austauschen? Diese südkoreanische wissenschaftliche Entdeckung könnte die Pharmaindustrie revolutionieren.
Ein einfaches Atom in einem Molekül zu ersetzen, ohne die anderen zu verändern, war schon immer eine Herausforderung für Chemiker. Heute vereinfacht eine neue, auf Licht basierende Technik diesen Vorgang.
Das Forscherteam des KAIST (Südkorea) hat eine Methode entwickelt, bei der ein Sauerstoffatom aus einem Molekül entfernt und durch ein Stickstoffatom ersetzt wird. Dieser Prozess erfolgt durch ein Verfahren namens Photokatalyse, das Licht nutzt, um präzise chemische Reaktionen auszulösen.
Das für diese Studie ausgewählte Furanmolekül hat eine besonders stabile ringförmige Struktur, die es schwierig macht, es zu modifizieren. Dank der Photokatalyse ist es den Forschern jedoch gelungen, die Atomverbindungen zu schwächen, um den gezielten Atomwechsel erfolgreich durchzuführen. Das Licht wirkt hierbei als Katalysator, indem es bestimmte Bindungen zwischen den Atomen aufbricht, um neue zu schaffen. Da auf extrem hohe Temperaturen und intensive Strahlung verzichtet wird, bleibt diese Methode für das Molekül zugleich schonend und hocheffizient.
Die Idee, Licht zu verwenden, ist nicht neu. Chemiker haben bereits in den 1970er Jahren versucht, diesen Ansatz zu verfolgen. Die heutigen Technologien ermöglichen jedoch eine viel höhere Präzision, was den Weg für konkrete Anwendungen in der Medizin ebnet.
In Medikamenten kann der Ersatz eines Atoms, wie z. B. Sauerstoff durch Stickstoff, deren Eigenschaften radikal verändern: höhere Wirksamkeit, Verringerung von Nebenwirkungen usw. Die in vielen Arzneimitteln vorhandenen Heterozyklen könnten auf diese Weise einfacher und direkter modifiziert werden.
Diese Entdeckung, die es ermöglicht, Atom für Atom zu ersetzen, ohne das gesamte Molekül neu aufzubauen, könnte die Entwicklung neuer Behandlungen beschleunigen und gleichzeitig deren Produktionskosten senken.
Was ist Photokatalyse?
Die Photokatalyse ist ein chemisches Verfahren, bei dem Licht als Auslöser einer Reaktion verwendet wird. Die Energie des Lichts, oft ultraviolette oder sichtbare Strahlung, regt die Elektronen eines Katalysators an und ermöglicht so gezielte chemische Umwandlungen ohne übermäßige Hitze oder andere drastische Bedingungen.
Wenn ein Molekül Lichtenergie aufnimmt, erreicht es einen angeregten Zustand, in dem einige seiner Bindungen aufgebrochen werden können.
Warum ist der Atomaustausch wichtig?
Der Atomaustausch beinhaltet das Ersetzen eines Atoms durch ein anderes in einem Molekül. Dieser Prozess kann die chemischen, physikalischen oder biologischen Eigenschaften eines Moleküls erheblich verändern und beispielsweise die Wirksamkeit oder Toxizität eines Medikaments beeinflussen.
In der Medizin ermöglicht der Atomaustausch die Herstellung wirksamerer Medikamente, indem die molekulare Struktur präzise angepasst wird. Außerdem bietet er eine Verringerung der Nebenwirkungen, indem die Wechselwirkungen zwischen dem Medikament und den Zielzellen optimiert werden, ohne das gesamte Molekül neu aufbauen zu müssen.
Autor des Artikels: Cédric DEPOND
Quelle: Science