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La máquina ensambla automáticamente moléculas complejas a nivel microscópico

Biología

Colin Jeffrey

13 de marzo de 2015

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Investigadores de la Universidad de Illinois afirman haber creado una máquina que ensambla una gama de moléculas complejas con solo presionar un botón (Foto: L. Brian Stauffer)

La síntesis de moléculas pequeñas complejas en el laboratorio es un trabajo especializado e intrincado que es a la vez difícil y lento. Incluso los químicos altamente capacitados pueden tomar muchos años para determinar cómo construir cada uno, y mucho menos descubrir y describir sus funciones. En un intento por mejorar esta situación, un equipo de químicos de la Universidad de Illinois afirma haber creado una máquina que puede ensamblar una amplia gama de moléculas complejas con solo presionar un botón.

En una clase específica de estructuras, las moléculas pequeñas complejas se encuentran fácilmente en la naturaleza y son intrínsecas a la investigación en una amplia gama de campos científicos. En medicina, por ejemplo, muchos de los últimos medicamentos se han derivado de la manipulación de moléculas pequeñas. En las ciencias biológicas, las moléculas pequeñas se usan a menudo para ayudar a revelar los mecanismos internos de los tejidos y las células. Incluso las tecnologías electrónicas no orgánicas, como los semiconductores, incluidas las células solares y los LED, requieren la creación y el uso de estos conjuntos en miniatura.

El equipo de Illinois cree que este nuevo estilo de creación molecular tiene el potencial de aumentar enormemente las velocidades a las que pueden construirse las moléculas y, a su vez, permitir rápidamente tecnologías de desarrollo de fármacos más grandes y más eficientes y otras disciplinas científicas que dependen de un suministro de complejos moléculas.

"Queríamos tomar un proceso muy complejo, la síntesis química y hacerlo simple", dijo el profesor Martin Burke, un científico de carrera temprana del Instituto Médico Howard Hughes y líder del equipo de investigación. "La simplicidad permite la automatización, que, a su vez, puede permitir ampliamente el descubrimiento y llevar el poder sustancial de hacer moléculas a los no especialistas".

Esto puede ser una ventaja para los laboratorios de investigación en todas partes, especialmente dado que gran parte del trabajo en estructuras moleculares complejas se ve impedida simplemente por la excesiva cantidad de tiempo y esfuerzo para producir estas moléculas.

"Hasta ahora, el cuello de botella ha sido la síntesis", dijo el profesor Burke. "Hay muchas áreas donde el progreso se está desacelerando y muchas moléculas en las que las compañías farmacéuticas ni siquiera están trabajando, porque la barrera para la síntesis es muy alta".

Un gran ímpetu para el trabajo de Burke y su equipo fue resolver este cuello de botella. Para hacer esto, observaron cuáles eran los principales impedimentos para el proceso complejo de creación de moléculas y se dieron cuenta de que necesitaban tomar un proceso muy complejo y simplificarlo.

Los investigadores comenzaron con lo básico al descomponer la construcción de moléculas complejas en elementos constituyentes incluso más pequeños que luego podrían ensamblarse más fácilmente. Dado que todos estos elementos poseen los mismos conectores químicos de interconexión, estas estructuras simples podrían unirse de manera relativamente simple con una sola reacción.

El equipo ha comparado este proceso con el método de unir bloques de plástico interconectados con los que juegan los niños: todos pueden ser de diferentes formas y tamaños, pero tienen un sistema de conexión común que permite que todos se puedan unir de forma fácil y segura. Estos no son esotéricos, caros, difíciles de obtener químicos, pero, según el equipo, muchos de ellos están disponibles comercialmente, directamente de la estantería.

Las tuercas y tornillos de este sistema de ensamblaje de moléculas complejas se basan en un método automatizado de "captura y liberación" que los investigadores diseñaron. En este método, el sistema une cada bloque de construcción de uno en uno, luego elimina el exceso de químicos utilizados en el proceso antes de continuar para agregar el siguiente en la secuencia.

Los investigadores informan que han podido demostrar que su dispositivo puede construir 14 clases separadas de pequeñas moléculas complejas, que también incluyen aquellas compuestas de estructuras de tipo anillo especialmente difíciles de hacer, todo en el mismo proceso automatizado.

"La investigación del Dr. Burke ha producido un avance significativo que ayuda a hacer que la síntesis compleja de moléculas pequeñas sea más eficiente, flexible y accesible", dijo Miles Fabian, del Instituto Nacional de Salud del Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales, que financiado parcialmente la investigación. "Es emocionante pensar en el impacto que tendrán los continuos avances en estas direcciones sobre la química sintética y la investigación en ciencias de la vida".

El breve video a continuación incluye una explicación del Dr. Burke sobre esta nueva tecnología.

Los detalles de esta investigación fueron publicados recientemente en la revista Science .

Fuente: Universidad de Illinois

Investigadores de la Universidad de Illinois afirman haber creado una máquina que ensambla una gama de moléculas complejas con solo presionar un botón (Foto: L. Brian Stauffer)

El equipo de investigación de Martin Burke (Foto: L. Brian Stauffer)

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