Forscher nutzen den Phosphorfluoridaustausch, um neue Moleküle „anzuklicken“.

7. Juni 2023

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vom Cold Spring Harbor Laboratory

Für Chemiker wie Professor John Moses vom Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) ist Vielfalt ein Tor zur Entdeckung. Je mehr Moleküle Wissenschaftler erforschen müssen, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie etwas Nützliches finden. Mit der neuesten Entwicklung aus Moses‘ Labor können sie nun schnell eine Vielzahl komplexer Moleküle zusammensetzen. Unter diesen Molekülen hofft Moses, wirksame neue Krebstherapeutika zu finden. Die Forschung wurde in der Zeitschrift Chem veröffentlicht.

In Zusammenarbeit mit dem zweifachen Nobelpreisträger K. Barry Sharpless hat Moses‘ Labor eine chemische Umwandlung entwickelt, die sie Phosphorfluorid-Austausch oder PFEx nennen. PFEx fügt chemische Bausteine ​​effizient zusammen, um neue Moleküle zu bilden, in einem zuverlässigen Prozess, der als Klick-Chemie bekannt ist. Die Click-Chemie bietet Chemikern bereits ein leistungsstarkes Werkzeugset. Als neueste Ergänzung zu diesem Werkzeugkasten orientiert sich PFEx an der Biologie und nutzt Phosphor als chemischen Verbinder.

Im Inneren der Zellen verleiht Phosphor der DNA Struktur und hält wichtige Energiespeichermoleküle zusammen. Es ist ein vielseitiger Steckverbinder. Es kann problemlos mehrere chemische Gruppen verbinden. Diese Gruppen können um den Phosphorkern herum angeordnet werden, um dreidimensionale Formen zu erzeugen.

Moses sagt: „Die Natur hat ihre Bedeutung erkannt – sie ist eine privilegierte Gruppe. Wenn wir versuchen, Medikamente herzustellen, die mit der Biologie interagieren, sollten wir diese Tatsache nicht ignorieren.“

Chemiker können jetzt PFEx verwenden, um mehrere verschiedene chemische Komponenten um einen einzigen Phosphorknoten herum zusammenzufügen. Durch den Einbau weiterer Phosphorverbindungen können sie noch komplexere Moleküle aufbauen. „Wir dekorieren jetzt diese dreidimensionale Verbindung. Und das wird uns den Zugang zu einem neuen chemischen Raum ermöglichen“, sagt CSHL-Forschungsforscher Joshua Homer. „Wenn Sie auf neuen Raum zugreifen, greifen Sie auf neue Funktionen zu.“

PFEx-Reaktionen könnten es Medikamenten sogar ermöglichen, sich an ihren Zielen im Körper festzusetzen. Das Team von Moses hat bereits damit begonnen, PFEx als Quelle für Krebstherapeutika zu erforschen. Ein Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass Forscher die Reaktivität der an PFEx-Reaktionen beteiligten Moleküle optimieren können. Dadurch könnte sichergestellt werden, dass potenzielle Medikamente nur mit ihren gewünschten Zielen interagieren, wodurch das Risiko von Nebenwirkungen verringert wird.

Die Forscher erwarten, dass ihre neue Art der Klick-Chemie dazu beitragen wird, Materialien mit nützlichen Eigenschaften zu schaffen. Beispielsweise könnte PFEx verwendet werden, um Flammschutzmittel oder antimikrobielle Wirkstoffe in neue Oberflächen einzubauen. Laut Moses werden PFEx-Materialien einen wichtigen Vorteil gegenüber den „ewigen Chemikalien“ haben, die in vielen heutigen Produkten zu finden sind. Phosphorbindungen sind nicht übermäßig stabil. Dies bedeutet, dass sie leicht abgebaut werden können, wenn ein Produkt zum Recycling bereit ist.

Mehr Informationen: John E. Moses, Phosphorus Fluoride Exchange: Multidimensional Catalytic Click Chemistry from Phosphorus Connective Hubs, Chem (2023). DOI: 10.1016/j.chempr.2023.05.013. www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(23)00245-0

Zeitschrifteninformationen:Chem

Bereitgestellt vom Cold Spring Harbor Laboratory