Chemikai kuria metodus, leidžiančius nustatyti molekulių kristalinę sandarą

Tyrimas, kurį atliko Sirakūzų universiteto chemijos profesorius Timotis Korteris (Timothy Korter), plačiai aprašytas kovo 14 dienos žurnalo „Physical Chemistry Chemical Physics“ numeryje.

„Kuriant naują vaistą itin svarbu išsiaiškinti visus įmanomus būdus, kuriais molekulės gali tarpusavyje susijungti formuodamos kristalą, – teigia T. Korteris. – Kristalo sandaros pokyčiai gali nulemti visai kitokį vaisto įsisavinimą“.

Pasak profesoriaus, vienas iš galimų pavyzdžių yra vaistai, kurie buvo gaminami gelio kapsulėmis, – ilgesniam laikui paliktos ant lentynos, šios kapsulės kristalizuojasi ir virsta kietaisiais kūnais. Kapsulės viduje esančios veikliosios medžiagos pakeičia savo pavidalą, todėl žmogaus kūnas jų negali išskaidyti ir gydymas tokiais vaistas nueina perniek. Vaistai buvo pašalinti iš prekybos lentynų. Šis pavyzdys parodo, jog vaistų kompanijos ne visada gali numatyti visus medikamentų kristalinės sandaros pokyčius, atlikdamos įprastinius eksperimentus, kurie, beje, trunka ilgai ir yra brangūs.

„Klausimas, kurį reikia užduoti, skamba taip: ar mes galime geriau suprasti Londono ir kitas silpnąsias tarpmolekulines jėgas, kad pajėgtume nuspėti tokius kristalinės sandaros pokyčius?“, – klausia T. Korteris.

T. Korterio vadovaujama laboratorija yra viena iš nedaugelio universitetinių tyrimų įstaigų pasaulyje, kurioje nagrinėjamas terahercinės (THz) spinduliuotės pritaikymas chemijoje ir farmacijoje. THz dažnio elektromagnetinės bangos aptinkamos dažnių srityje, esančioje tarp infraraudonosios ir mikrobangų spinduliuotės. Šio dažnio bangos unikalios tuo, kad nekenkia žmonėms ir gali prasiskverbti pro daugelį medžiagų. Be to, jas galima panaudoti nustatant daugybės medžiagų cheminius pėdsakus. T. Korteris THz spinduliuotę panaudojo tyrinėdamas molekules, kurios sudaro sprogmenų, vaistų ar net DNR sudedamąsias dalis.

Naujausiame mokslininko tyrime sujungiami terahercinės spinduliuotės eksperimentai su naujais skaičiavimo modeliais, kurie įtraukia tikslų Londono dispersinių jėgų poveikį tam, kad nustatytų įvairių medžiagų kristalinę sandarą. Londono jėgomis yra vadinamos vienos iš daugelio tarpmolekulinių jėgų, priverčiančių šias laikytis drauge ir suformuoti kietuosius kūnus. Aplinkos pokyčiai (pavyzdžiui, temperatūra, drėgmė, šviesa) sutrikdo jėgas, todėl gali pakisti kristalo sandara. T. Koterio tyrėjų komanda lygina kompiuterinius modelius su realiais THz dažnio eksperimentais ir panaudoja gautus rezultatus teorinių modeliu tikslinimui ir tobulinimui.

„Mes parodėme, kaip panaudoti terahercinę spinduliuotę tiesioginiam cheminių sąveikų vizualizavimui, – teigia profesorius. – Galutinis tikslas yra panaudoti šiuos terahercinius pėdsakus teorinių modelių kūrimui. Tokie modeliai turėtų atsižvelgti į silpnųjų jėgų vaidmenį, kad galėtų nustatyti medikamentų kristalinę sandarą prieš tai padarant eksperimentiškai“.