Un nuevo efecto fotónico podría acelerar el desarrollo de fármacos

Los semiconductores retorcidos a nanoescala manipulan la luz de una nueva manera. Este efecto podría aprovecharse para acelerar el descubrimiento y desarrollo de medicamentos que salvan vidas, así como tecnologías fotónicas.

El efecto fotónico podría ayudar a permitir el desarrollo y la detección rápidos de nuevos antibióticos y otros medicamentos a través de la automatización, esencialmente, químicos robóticos. Ofrece una nueva herramienta de análisis para la detección de alto rendimiento, un método para analizar vastas bibliotecas de compuestos químicos. Una pequeña muestra de cada compuesto llena un pozo en una microplaca. Los pozos pueden ser tan pequeños como un milímetro cúbico, y un plato del tamaño de una barra de chocolate puede contener mil de ellos.

Una de las medidas clave en el análisis de fármacos es la quiralidad, o en qué dirección se tuerce la molécula. Los sistemas biológicos, incluido el cuerpo humano, generalmente prefieren una dirección sobre la otra, un rizo hacia la derecha o hacia la izquierda. En el mejor de los casos, una molécula de fármaco con el giro incorrecto no hace nada, pero en el peor de los casos, puede causar daño. El efecto descubierto por los investigadores permite medir la quiralidad en volúmenes 10.000 veces más pequeños que un milímetro cúbico.

"Los pequeños volúmenes posibles para el registro de estos efectos son la propiedad innovadora que permite a los investigadores usar cantidades muy pequeñas de medicamentos costosos y recopilar miles de veces más datos", dijo Nicholas Kotov, profesor de Ciencias Químicas e Ingeniería en la Universidad de Míchigan.

El método se basa en una estructura inspirada en diseños biológicos, desarrollada en el laboratorio de Kotov. El telururo de cadmio, un semiconductor comúnmente utilizado en las células solares, se transforma en nanopartículas que se asemejan a segmentos cortos de cinta retorcida. Estos se ensamblan en hélices, imitando la forma en que se ensamblan las proteínas.

Al estar iluminadas con luz roja, las pequeñas hélices semiconductoras generan una nueva luz que es azul y retorcida. La luz azul también se emite en una dirección específica, lo que facilita su recolección y análisis. La trifecta de efectos ópticos inusuales reduce drásticamente el ruido que pueden causar otras moléculas y partículas a nanoescala en los fluidos biológicos.

Para usar estos efectos en la detección de alto rendimiento para el descubrimiento de fármacos, las nanopartículas que se ensamblan en hélices pueden mezclarse con un candidato a fármaco. Cuando las nanohélices forman una estructura de llave y candado con el fármaco, simulando el objetivo del fármaco, el giro de las nanohélices cambiará drásticamente. Este cambio en el giro se puede medir a través de la luz azul.