Синтез сложных молекул является одной из самых трудновыполнимых задач в современной химии. Команда учёных из университета Иллинойса в Урбана-Кампейн создала машину, управляемую компьютером, которая автоматически собирает простые молекулы в сложные.
Команда химиков из университета Иллинойса в Урбана-Кампейн во главе с Марти Бёрком (Marty Burke) объявила об удивительном изобретении: созданная ими автоматизированная машина умеет собирать простые молекулы в сложные. Эта работа, по словам её авторов, открывает новые возможности как для химиков, так и для медиков-фармацевтов, и возможно, однажды ляжет в основу новой методики синтезирования индивидуальных лекарственных препаратов.
Статья, опубликованная в журнале Science, описывает тонкости разработки. Компьютер управляет системой насосов и шприцев, которые в свою очередь манипулируют раствором, содержащим простые молекулы. Эти молекулы, по словам авторов исследования, при помощи машины можно "сшивать" в более сложные соединения.
Бёрк провёл годы, синтезируя важнейшие молекулы-строительные блоки, в результате чего получилась целая библиотека из молекул органических кислот, содержащих бор, которые известны науке как MIDA-боронаты. Эти соединения известны тем, что легко вступают в реакцию друг с другом. Объединив правильные блоки в правильном порядке, можно получить широкий спектр сложных молекул различной формы.
Насосы и шприцы в созданной Бёрком и его коллегами машине перемещают имеющиеся строительные блоки. Однако этого недостаточно для полной автоматизации процесса. Как правило, после объединения двух строительных блоков требуется механическая очистка: нежелательные побочные продукты и примеси необходимо удалить, чтобы обеспечить дальнейший синтез молекул.
Учёные нашли способ автоматизировать этот процесс. После того как появляются новые сложные молекулы, они присоединяются к силикагелю и удерживаются, пока побочные продукты и примеси вымываются. Затем в раствор добавляется ещё один растворитель — тетрагидрофуран — и оставшиеся MIDA-боронаты вымываются для использования в дальнейших реакциях.
"Весь процесс от начала до конца выполняет машина. Система полностью автоматизирована", — говорит Бёрк.
Отметим, что ранее химикам уже удавалось автоматизировать процесс изготовления пептидов — коротких цепочек белков, состоящих из аминокислот. Однако, по словам Бёрка, синтез пептидов намного проще: в реакции участвует очень ограниченный диапазон аминокислотных остатков, которые соединены друг с другом по прямой линии. В новом исследовании учёные смогли синтезировать сложные молекулы, обладающие разными формами — от шарообразной до ветвеобразной.
Учёные подчёркивают в пресс-релизе, что поскольку система работает только с MIDA-боронатами, она не предназначена для синтеза абсолютно любых сложных молекул.
"Такой задачи никто перед собой и не ставил. Наша разработка может быть полезна для изготовления определённого ряда соединений, но далеко не для всех", — поясняет Бёрк.
Учёные надеются, что однажды их изобретение найдёт применение в практической медицине. Подобные машины, работающие с MIDA-боронатами, можно будет использовать для синтеза индивидуальных лекарственных препаратов, которые будут кастомизированы конкретно под каждого пациента.
