AI & computing › AI-gestuurde wetenschappelijke ontdekkingen
Nieuwe methode wisselt één atoom in molecuul om medicijnonderzoek te versnellen
Chemici van de University of Chicago hebben een techniek ontwikkeld die één atoom in een molecuul vervangt zonder de rest aan te tasten. De methode maakt schaarse en dure bouwstenen voor medicijnen honderden keren goedkoper en kan de zoektocht naar nieuwe geneesmiddelen flink versnellen.
Een molecuul is opgebouwd uit atomen die als puzzelstukjes op hun plek zitten. Verander je één atoom, dan verandert vaak de hele werking van de stof. Onderzoekers van de University of Chicago publiceerden deze week in vakblad Nature een nieuwe manier om precies dat te doen: één specifiek atoom in een molecuul vervangen, zonder de rest van de structuur aan te raken. De techniek richt zich op een molecuulfamilie die pyrrolen heet.
Waarom pyrrolen belangrijk zijn
Pyrrolen klinken onbekend, maar zijn overal in de natuur te vinden. Ze vormen de basis van heem, de stof waarmee ons bloed zuurstof vervoert, en van chlorofyl, waarmee planten fotosynthese uitvoeren. Ook veel bestaande medicijnen bevatten een pyrrolstructuur. Het probleem: pyrrolen zijn notoir lastig en kostbaar om in het laboratorium te maken. Dat beperkt hoeveel wetenschappers ermee kunnen experimenteren.
Pyrrolen hebben een bijna identieke tweelingfamilie: isoxazolen. Het enige verschil zit in één atoom. Waar een pyrrool een koolstofatoom heeft, zit op diezelfde plek in een isoxazool een zuurstofatoom. Isoxazolen zijn juist wél goedkoop en eenvoudig te synthetiseren. Onderzoekers Abigail Bracken en Alexa Lawrie, beiden gepromoveerd chemicus in het lab van professor Mark Levin, noemen als voorbeeld een molecuul waarvan de isoxazool-versie 11 dollar per gram kost, terwijl de pyrrool-versie 2.000 dollar per gram kost.
Van weken naar één tot twee dagen
Het team, dat zich specialiseert in wat ze moleculair ontwerp noemen, ontwikkelde een methode om isoxazolen direct om te zetten in pyrrolen door precies dat ene atoom te vervangen. De truc: eerst wordt een groepje van drie koolstofatomen, een zogeheten propargylgroep, aan de molecuulring gekoppeld via een substitutiereactie. Vervolgens wordt de ring doorgeknipt en wordt het zuurstofatoom vervangen door een van de nieuwe koolstofatomen. Het hele proces gebeurt in één en dezelfde reactievloeistof, van begin tot eind, en duurt slechts één tot twee dagen. Eerdere methodes vergden veel meer stappen en tijd.
Voor de farmaceutische industrie is dit relevant omdat het razendsnel testen van varianten mogelijk maakt. Onderzoekers kunnen nu snel en goedkoop tientallen verschillende pyrrolen maken om te testen als potentieel medicijn. Dat is ook nuttig om te achterhalen welk deel van een molecuul verantwoordelijk is voor welk effect: door de ring gelijk te houden en steeds maar één atoom te wisselen, kunnen wetenschappers precies zien welke bouwsteen welke werking veroorzaakt.
Nog niet compleet
De methode werkt niet voor elke molecuulvariant. De onderzoekers willen de toepasbaarheid van de reactie de komende tijd verder uitbreiden, zodat meer typen pyrrolen op deze manier gemaakt kunnen worden. Het onderzoek verscheen op 31 augustus 2026 in Nature en werd gefinancierd en uitgevoerd binnen het laboratorium van Levin aan de University of Chicago.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Deze techniek maakt het goedkoper en sneller om nieuwe medicijnkandidaten te bouwen en te testen, wat de eerste fase van geneesmiddelenontwikkeling kan versnellen. Doordat onderzoekers nu snel varianten van een molecuul kunnen maken, kunnen ze ook beter begrijpen welk deel van een medicijn verantwoordelijk is voor de werking. Dat kan uiteindelijk leiden tot gerichtere en veiligere medicijnen.
- Pyrrool
- Een ringvormig molecuul met een koolstofatoom op een sleutelpositie, dat de basis vormt van stoffen als heem in bloed en chlorofyl in planten, en van veel bestaande medicijnen.
- Isoxazool
- Een molecuul dat bijna identiek is aan een pyrrool, maar op de kritieke plek een zuurstofatoom heeft in plaats van een koolstofatoom, en veel makkelijker te maken is.
- Propargylgroep
- Een groepje van drie koolstofatomen dat in deze methode aan de molecuulring wordt gekoppeld als tussenstap om het atoom te kunnen vervangen.
- Substitutiereactie
- Een chemische reactie waarbij één atoom of atoomgroep in een molecuul wordt vervangen door een andere, zonder de rest van de structuur te veranderen.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
