Czy leki mogą być opracowywane szybciej, taniej i w sposób przyjazny dla środowiska? Dzięki nowoczesnym technologiom możliwe staje się obserwowanie reakcji chemicznych „na żywo”, co może zrewolucjonizować sposób, w jaki powstają farmaceutyki.
Tradycyjna synteza leków przypomina gotowanie bez przepisu – chemicy łączą różne substancje i parametry reakcji, szukając optymalnych warunków metodą prób i błędów. Proces ten może trwać miesiącami, a choćby latami, generując przy tym znaczne ilości odpadów chemicznych. A co, jeżeli moglibyśmy śledzić przebieg reakcji w czasie rzeczywistym, bez konieczności jej przerywania, i jednocześnie optymalizować jej szybkość oraz wydajność dzięki czynników takich jak mikrofale, ultradźwięki czy promieniowanie UV?
Reakcje chemiczne „na żywo” – przyszłość produkcji leków?
Takie rozwiązania testuje Alina Cherniienko, doktorantka Szkoły Doktorskiej Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu, w Katedrze Chemii Organicznej.
Jej badania prowadzone są pod kierunkiem dr hab. Anny Pawełczyk, prof. UMP oraz prof. Lucjusza Zaprutko, we współpracy z prof. Romanem Lesykiem z Narodowego Uniwersytetu Medycznego we Lwowie.
Celem projektu jest opracowanie nowoczesnych, bardziej zrównoważonych metod syntezy związków azotowych – kluczowych składników około 75 proc. wszystkich stosowanych leków.
Jak „zajrzeć do wnętrza” reakcji chemicznej?
Innowacyjność podejścia polega na połączeniu analizy spektroskopowej w czasie rzeczywistym z wykorzystaniem alternatywnych źródeł energii, które przyspieszają reakcje chemiczne. Główne narzędzia stosowane w badaniach to:
- spektrometr FTIR, który pozwala śledzić zmiany chemiczne w probówce w każdej sekundzie bez przerywania procesu,
- mikrofale, zapewniające równomierne i szybkie dostarczanie energii do układu reakcyjnego,
- ultradźwięki, generujące drgania mechaniczne ułatwiające przebieg reakcji,
- promieniowanie UV, wspomagające tworzenie wiązań chemicznych poprzez aktywację cząsteczek.
Dzięki tym technologiom możliwe jest bieżące monitorowanie postępu reakcji oraz dynamiczne dostosowywanie warunków – co znacznie zwiększa efektywność i pozwala unikać nieudanych prób.
Postępy i odkrycia
Podczas dotychczasowych badań zespół przeprowadził optymalizację warunków syntezy pochodnych chinoksaliny, stosując zarówno klasyczne, jak i mikrofalowe metody reakcji, w różnych układach rozpuszczalnik–katalizator. Na podstawie wyników przygotowano oryginalny artykuł naukowy, który aktualnie znajduje się w procesie recenzji.
Rozpoczęto również prace nad opracowaniem nowych szlaków syntezy dla trzech grup związków chemicznych o istotnym znaczeniu farmaceutycznym:
- 1,5-benzodiazepiny – wykorzystywane w lekach przeciwlękowych i nasennych (na przykład diazepam),
- Tri- i tetrafenyloimidazole – mające zastosowanie m.in. w terapii grzybic i nowotworów.
Pochodne benzimidazolu – obecne w lekach przeciwwirusowych, przeciwpasożytniczych i inhibitorach pompy protonowej.
Kolejne etapy badań
W najbliższym czasie planowane jest rozszerzenie eksperymentów o dodatkowe źródła energii – promieniowanie UV i ultradźwięki – w układach, które już wykazały wysoką efektywność. Celem pozostało większa poprawa wydajności syntez oraz dalsza minimalizacja zużycia rozpuszczalników i reagentów.
Badania koncentrują się także na optymalizacji warunków reakcji pod kątem ich wpływu na środowisko, zgodnie z założeniami chemii zielonej. Ważnym aspektem jest ograniczenie odpadów i zużycia energii przy jednoczesnym zachowaniu lub zwiększeniu skuteczności chemicznej.
Nowy standard w syntezie leków?
Zastosowanie technologii umożliwiających dynamiczne śledzenie reakcji chemicznych w czasie rzeczywistym może stać się przełomem w dziedzinie chemii organicznej i farmaceutycznej. Główne korzyści to:
- skrócenie czasu syntezy – reakcje trwające dotychczas dni mogą zakończyć się w ciągu kilku godzin,
- redukcja kosztów – precyzyjna kontrola minimalizuje liczbę nieudanych prób,
- ograniczenie wpływu na środowisko – mniej odpadów chemicznych i mniejsze zużycie energii.
Ten projekt stanowi istotny krok w stronę zrównoważonego rozwoju farmacji oraz przybliża nas do rzeczywistości, w której nowoczesne technologie będą nie tylko wspierać naukę, ale i chronić planetę.
Piśmiennictwo:
- Cherniienko, A.; Lesyk, R.; Zaprutko, L.; Pawełczyk, A. IR-EcoSpectra: Exploring sustainable ex situ and in situ FTIR applications for green chemical and pharmaceutical analysis. J. Pharm. Anal. 2024, S2095177924000480. https://doi.org/10.1016/j.jpha.2024.02.005.
- Pawełczyk, A.; Sowa-Kasprzak, K.; Olender, D.; Zaprutko, L. Microwave (MW), Ultrasound (US) and Combined Synergic MW-US Strategies for Rapid Functionalization of Pharmaceutical Use Phenols. Molecules 2018, 23, 2360. https://doi.org/10.3390/molecules23092360.
Przeczytaj także: „Jak cło na leki wpłynie na globalny rynek?”.
