Badacze z Uniwersytetów w Amsterdamie i Groningen, wraz z międzynarodowym zespołem chemików, dokonali znaczących postępów w zrozumieniu zachowania się cząsteczek azoniowych. Ta klasa cząsteczek ma zdolność do zmiany kształtu pod wpływem światła, co czyni je idealnymi kandydatami do rozwoju leków kontrolowanych światłem. Badanie, opublikowane w Journal of the American Chemical Society, wykorzystało zaawansowaną spektroskopię laserową, modelowanie chemiczne kwantowe oraz obliczenia teoretyczne, aby dostarczyć ilościowej analizy zachowania tych zmian.

Wykorzystanie światła do kontrolowania procesów molekularnych wzbudziło duże zainteresowanie wśród chemików. Silniiki molekularne kontrolowane światłem, na przykład, przyniosły profesorowi Benowi Feringa Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 2016 roku. Obiecującym obszarem zastosowania dla cząsteczek przełączalnych światłem jest fotofarmakologia, gdzie można wykorzystać te związki do precyzyjnej kontroli procesów fizjologicznych. Korzystając ze światła do indukowania zmian kształtu w cząsteczkach, możliwe jest blokowanie kanałów jonowych lub hamowanie enzymów, zapewniając specyficzne i kontrolowane podejście terapeutyczne.

Jednym szczególnie odpowiednim kandydatem do fotofarmakologii jest klasa cząsteczek znanych jako związki azoniowe. Te związki posiadają wiele pożądanych cech, takich jak zdolność do przełączania za pomocą czerwonego lub podczerwonego światła, które jest bezpieczne dla ludzi i może przenikać głęboko w tkanki żywe. Są również stabilne w warunkach ciała człowieka i zachowują swoją funkcjonalność po wielokrotnym przełączaniu. Ponadto, mogą utrzymywać swoje przestawione stany wystarczająco długo, aby wywołać odpowiedź biologiczną.

Badania przeprowadzone przez zespół pod kierownictwem profesora Wiktora Szymańskiego na Uniwersytecie w Groningen dostarczyły wszechstronnego zrozumienia fotochemii i zachowania przełączania jonów azoniowych. Poprzez połączenie eksperymentalnych technik spektroskopii z modelowaniem komputerowym, badacze byli w stanie wyjaśnić mechanizmy, dzięki którym absorpcja fotonów prowadzi do zmiany konformacji molekularnej. Odkryli także, jak wymiana protonu z rozpuszczalnikiem stabilizuje tę transformację kształtu i jak pH roztworu wpływa na szybkość relaksacji przełącznika po impulsie świetlnym.

To mechaniczne zrozumienie zachowania jonów azoniowych otwiera możliwości modyfikacji tych związków i poprawę ich skuteczności w kontrolowaniu biomolekuł. Odkrycie fotoswitche, które oddziałują z żywymi komórkami, stanowi obiecujący krok w przyszłość inteligentnych leków. Choć badania te są wciąż we wczesnych stadiach, stanowią one fundamenty dla rozwoju leków kontrolowanych światłem z redukowanymi efektami ubocznymi i większą precyzją.

Źródła:
– Miroslav Medved’ et al, Mechanistic Basis for Red Light Switching of Azonium Ions, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI: 10.1021/jacs.3c06157
– Uniwersytet w Amsterdamie