Conductores en la molécula: LIKAT simplifica un método que evita la degradación prematura de los fármacos en el organismo
Proceso químico de deuteración muy simplificado
Lo que se ingiere es descompuesto bioquímicamente por el organismo en el metabolismo: las sustancias valiosas se digieren, las menos esenciales se desechan y se excretan. En el caso de los medicamentos, esta degradación comienza a veces antes de que puedan desarrollar plenamente su efecto curativo. Los químicos intentan evitarlo sustituyendo los átomos de hidrógeno (H) de la molécula del fármaco por deuterio (D), un isótopo del hidrógeno. En su tesis doctoral en el Instituto Leibniz de Catálisis, LIKAT, Rostock, una joven investigadora exploró cómo este intercambio isotópico puede llevarse a cabo de forma más sencilla, eficiente en recursos y rentable que antes.
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2017: Primer fármaco deuterado
Químicamente, el hidrógeno y el deuterio son idénticos. El deuterio solo tiene un núcleo atómico más pesado. "Por eso reacciona más lentamente que el hidrógeno", explica la Dra. Sara Kopf, de LIKAT. "Y es precisamente esta 'inercia' la que estabiliza, por ejemplo, los medicamentos. Es decir, se retrasa su degradación por el organismo". En el futuro, los pacientes podrían ser tratados con dosis más bajas que antes y arriesgarse a sufrir menos efectos secundarios.
El primer fármaco deuterado fue aprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos (FDA) en 2017. Alivia los trastornos del movimiento en el tratamiento de la enfermedad de Huntington. Desde entonces, laboratorios de todo el mundo intentan conseguir agentes médicos más estables mediante el intercambio de isótopos de hidrógeno. Sara Kopf también eligió este tema en 2020 para su tesis, que defendió en noviembre.
El objetivo de este trabajo, supervisado por el Director del LIKAT, Prof. Dr. Matthias Beller: simplificar en gran medida el proceso químico de la deuteración. Esto incluía, por un lado, el catalizador y, por otro, la fuente para el deuterio.
Fuente: Agua deuterada
El doctorando eligió el agua deuterada como nueva fuente. A diferencia del deuterio gaseoso que se utiliza habitualmente, puede procesarse a presión normal y es más barata.
Uno de los trucos de la deuteración consiste en no sustituir todos los átomos de H de la molécula, sino sólo algunos seleccionados, explica el químico. Los lugares adecuados serían, sobre todo, los llamados grupos C-H. Éstos constan de un átomo de carbono (C) y hasta tres átomos de hidrógeno (H) y son muy comunes en los productos farmacéuticos. Para los químicos, son el lugar de reacción preferido en la molécula: la llamada activación C-H puede utilizarse para dotar de funciones específicas a los principios activos.
Esta activación C-H es una de las reacciones soñadas de la química orgánica, como dice el Dr. Kopf: "Muy atractiva, pero difícil de dominar. La utilizamos para escindir el grupo C-H y sustituir el átomo de H por otros elementos. Y, por supuesto, se presta a sustituir el hidrógeno por deuterio".
Catalizadores: Manganeso y rutenio
Esta activación del C-H requiere un catalizador, normalmente iridio, un metal precioso caro, más raro que el oro y el platino. Sara Kopf también quería encontrar alternativas. Experimentó con rutenio y manganeso. "El rutenio es más abundante que el iridio, está bien estudiado y ofrece mucha bibliografía en cuanto a activación del C-H", afirma la química. El manganeso existe en grandes yacimientos, tiene propiedades similares a las del hierro, es igualmente barato, no es tóxico y cada vez está más en el punto de mira de los expertos porque abre una vía hacia la "química verde."
Los experimentos tuvieron un comienzo lento, recuerda Sara Kopf. Lo que funcionaba sin esfuerzo con el iridio no lo hacía con el rutenio o el manganeso. Sólo con un co-catalizador se produjo el gran avance. En análisis mecanísticos, identificó lo que ocurre molecularmente en la reacción. El quid de la cuestión resultó ser que los grupos C-H que el químico había previsto para el intercambio isotópico no se acercaban lo suficiente al catalizador para poder reaccionar.
Método universal
"El truco consiste en utilizar otras estructuras de la molécula como conductores, por así decirlo, que acerquen los grupos C-H correspondientes y el catalizador". En su tesis, Sara Kopf describe cómo las estructuras típicas de las moléculas de química orgánica pueden transformarse en grupos conductores. Los que alguna vez fueron buenos en química aún conocerán los nombres de clase: por ejemplo, las cetonas (C-O), que constan de un átomo de carbono y otro de oxígeno, o los grupos aldehído (C-H-O) formados por carbono, hidrógeno y oxígeno.
Dr. Kopf: "Cuantos más grupos pueda acceder como conductores en las moléculas, más productos farmacéuticos podré 'etiquetar' usando deuterio". Esto hace que el nuevo método de intercambio isotópico sea adecuado para amplios campos de aplicación. Sin embargo, hay que seguir investigando para que esté listo para su uso práctico, señaló. Por ejemplo, el método del Dr. Kopf aún requiere temperaturas de entre 100 y 120 grados Celsius. "Hay estructuras en la molécula que no pueden soportar este calor. Para la reacción, lo ideal serían 40 grados o incluso temperaturas ambiente".
Tras dos años y medio de investigación, Sara Kopf defendió su tesis con la máxima calificación posible: summa cum laude. Publicó un artículo de síntesis sobre su tema de investigación en la revista CHEMICAL REVIEWS de la American Chemical Society.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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