W pionierskim rozwoju leków nowa technologia umożliwiająca łatwą i szybką edycję kluczowych atomów odpowiedzialnych za skuteczność leku została uznana za technologię podstawową i „wymarzoną”, rewolucjonizującą proces odkrywania potencjalnych kandydatów na leki. Badacze z projektu KAIST jako pierwsi na świecie z sukcesem opracowali technologię edycji pojedynczych atomów, która maksymalizuje skuteczność leku.
8 października KAIST (reprezentowany przez Prezydenta Kwang-Hyung Lee) ogłosił, że zespół badawczy profesora Yoonsu Parka z Wydziału Chemii z sukcesem opracował technologię umożliwiającą łatwą edycję i korekcję atomów tlenu w związkach furanu na atomy azotu, bezpośrednio przekształcając je w szkielety pirolowe, które są szeroko stosowane w farmaceutykach.
Wyniki badań opublikowano 3 października w czasopiśmie naukowym Science pod tytułem „Fotokatalityczna konwersja furanu do pirolu”.
Wiele leków ma złożoną strukturę chemiczną, ale o ich skuteczności często decyduje pojedynczy krytyczny atom. Atomy takie jak tlen i azot odgrywają kluczową rolę we wzmacnianiu działania farmakologicznego tych leków, szczególnie przeciwko wirusom.
Zjawisko to, w którym wprowadzenie określonych atomów do cząsteczki leku dramatycznie wpływa na jego skuteczność, znane jest jako „efekt pojedynczego atomu”. W opracowywaniu najnowocześniejszych leków kluczowe znaczenie ma odkrycie atomów, które maksymalizują skuteczność leku.
Jednakże ocena efektu pojedynczego atomu tradycyjnie wymagała wieloetapowych, kosztownych procesów syntezy, ponieważ selektywna edycja pojedynczych atomów w stabilnych strukturach pierścieniowych zawierających tlen lub azot była trudna.
Zespół profesora Parka sprostał temu wyzwaniu, wprowadzając fotokatalizator wykorzystujący energię świetlną. Opracowali fotokatalizator, który działa jak „nożyce molekularne”, swobodnie przecinając i łącząc pięcioczłonowe pierścienie, umożliwiając edycję pojedynczych atomów w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem atmosferycznym – co jest pierwszym na świecie.
Zespół odkrył nowy mechanizm reakcji, w którym wzbudzone nożyce molekularne usuwają tlen z furanu poprzez utlenianie jednym elektronem, a następnie sekwencyjnie dodają atom azotu.
Donghyeon Kim i Jaehyun You, pierwsi autorzy badania i kandydaci w ramach zintegrowanego programu studiów magisterskich i doktoranckich KAIST na Wydziale Chemii, wyjaśnili, że technika ta zapewnia dużą wszechstronność dzięki wykorzystaniu energii świetlnej do zastąpienia trudnych warunków. Zauważyli ponadto, że technologia umożliwia selektywną edycję, nawet w przypadku zastosowania do złożonych produktów naturalnych lub farmaceutyków. Profesor Yoonsu Park, który kierował badaniami, zauważył: „Ten przełom, który pozwala na selektywną edycję pięcioczłonowych organicznych struktur pierścieniowych, otworzy nowe drzwi do tworzenia bibliotek kandydatów na leki, co jest kluczowym wyzwaniem w farmacji. Mam nadzieję, że to fundamentalne technologia zostanie wykorzystana do zrewolucjonizowania procesu opracowywania leków.”
Znaczenie tych badań zostało podkreślone w części Nauka „Perspektywa”, w której wybitny naukowiec spoza grupy projektowej komentuje ważne badania.
Badania te były wspierane przez Narodową Fundację Badawczą koreańskiego Programu Badań Kreatywnych, projekt laboratorium współpracy międzypokoleniowej w KAIST oraz stypendium naukowe POSCO Fundacji POSCO TJ Park.