Nowo zbadany efekt fotoniczny przez naukowców z University of Bath /Fot. Ventsislav Valev

Odkryto efekt fotoniczny, który może przyspieszyć tworzenie nowych leków

Fizycy z University of Bath i University of Michigan zademonstrowali niezwykły efekt fotoniczny w półprzewodnikowych nanohelisach, który może przyspieszyć odkrywanie nowych leków.

Nowy efekt fotoniczny w półprzewodnikowych cząsteczkach spiralnych o wymiarach w nanoskali został odkryty przez międzynarodowy zespół naukowców pod kierownictwem badaczy z University of Bath. Ma on ogromny potencjał do stworzenia ratujących życie leków i technologii fotonicznych. Szczegóły można przeczytać w Nature Photonics.

Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) uważa antybiotykooporność za jedno z największych zagrożeń dla ludzkości. Nie mamy odpowiednich metod odkrywania i opracowywania nowych leków – konieczne jest przyspieszenie badań za pomocą sztucznej inteligencji (AI).

Chociaż jesteśmy jeszcze daleko od pozytronowych mózgów robotów Asimova, nasze najnowsze odkrycie ma potencjał do połączenia algorytmów AI, które analizują reakcje chemiczne i robotycznych ramion, które przygotowują mieszaniny chemiczne.

prof. Ventsislav Valev z University of Bath

Roboty stworzą nowe leki

Proces, o którym mówi prof. Valev to tzw. High-Throughput Screening (HTS), czyli wysokoprzepustowe badania przesiewowe. Jest to rodzaj eksperymentów naukowych, stosowana w odkrywaniu leków i istotna w dziedzinie biologii oraz chemii. Jej podstawą jest wykorzystanie robotów do prac nad nowymi lekami – niektóre laboratoria na świecie już ją zaadaptowały, aby pomóc w analizie ogromnych bibliotek cząsteczek. Eksperci przewidują, że w przyszłości odkrywanie nowych leków całkowicie będzie zależne od HTS.

Roboty HTS

W HTS roboty obsługują dużą liczbę strzykawek, przygotowując tysiące mieszanin chemicznych, które są następnie analizowane przez inne roboty. Wyniki są analizowane przez algorytmy AI, które decydują, które mieszaniny należy przygotować w jakiej kolejności, aż do odkrycia nowego leku. Etap analityczny jest ważny, bo roboty nie wiedzą, co tak naprawdę przygotowały.

Obecnie większość nowych leków, które wchodzą na rynek, a także większość starych leków jest chiralna. Dlatego szczególnie ważna jest możliwość pomiaru chiralności w maleńkich objętościach mniejszych niż 1 mm3, co odpowiada mniej więcej rozmiarom sześcianu o bokach grubości karty kredytowej.

prof. Valev

Nowo odkryty efekt fotoniczny pozwala na pomiar chiralności w objętościach aż 10 000 razy mniejszych od 1 mm3. Naukowcy użyli nowego materiału opracowanego przez zespół z Uniwersytetu Michigan, kierowany przez prof. Nicholasa Kotova. Jest to struktura biomimetyczna, czyli taka, która symuluje zjawiska biologiczne. Chemicznie łączy się w półprzewodzące helisy w nanoskali, podobnie jak białka.

Czytaj też: Mikroboty dostarczą leki tam, gdzie trzeba. Bez szkód dla organizmu pacjenta

Kiedy podziała się na nie światłem czerwonym, małe póprzewodnikowe helisy generują światło, które jest niebieskie i skręcone. Jest ono emitowane w określonym kierunku, co ułatwia analizę. Oznacza to, że mierząc niebieskie światło, można ustalić kierunek skrętu (lub chiralność) badanych struktur.

Nasze wyniki otwierają drogę do pomiaru chiralności w objętościach potencjalnie 10-milionów razy mniejszych niż 1 mm3. Chociaż struktury, które zmierzyliśmy do tej pory są znacznie większe niż typowe farmaceutyki, udowodniliśmy, że efekt fizyczny jest prawdziwy, więc w zasadzie zastosowania do cząsteczek, a zwłaszcza leków są teraz tylko kwestią rozwoju technologicznego. Naszym następnym krokiem jest poszukiwanie funduszy na ten rozwój.

prof. Valev