Efecto Fotónico Revolucionario Acelerará el Desarrollo de Medicamentos

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

Una de las mediciones clave en el análisis de fármacos es la quiralidad, o hacia qué lado se tuerce la molécula. Los sistemas biológicos, incluido el cuerpo humano, típicamente prefieren una dirección sobre la otra, un rizo derecho o izquierdo. En el mejor caso, una molécula de fármaco con el giro incorrecto no hace nada, pero en el peor, 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 que cambia el juego que permite a los investigadores usar cantidades muy pequeñas de fármacos costosos y recopilar miles de veces más datos", dijo Nicholas Kotov, Profesor de Ciencias Químicas e Ingeniería en la Universidad de Michigan.

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

Al ser iluminados con luz roja, las pequeñas hélices semiconductoras generan nueva luz que es azul y torcida. La luz azul también se emite en una dirección específica, lo que la hace fácil de recoger y analizar. La trifecta de efectos ópticos inusuales reduce drásticamente el ruido que otras moléculas y partículas a nanoescala en fluidos biológicos pueden causar.

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