Interesante en los fármacos de molécula pequeña

La difracción de electrones de microcristales respalda una nueva línea de desarrollo de fármacos

Hasta este momento la resolución de estructuras de posibles tratamientos mediante difracción de rayos X (XRD, por sus siglas en inglés) ha sido un paso fundamental y asumido en el proceso de desarrollo de fármacos.

Descubren que los antidepresivos podrían reducen el cáncer en ratones (Foto. Freepik)
Descubren que los antidepresivos podrían reducen el cáncer en ratones (Foto. Freepik)

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Ángel Luis Jiménez Ángel Luis Jiménez

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23.10.2021 - 00:10

Hasta la fecha, la resolución de estructuras de posibles tratamientos mediante difracción de rayos X (XRD, por sus siglas en inglés) ha sido un paso fundamental y asumido en el proceso de desarrollo de fármacos. Pero un artículo de reciente publicación sobre el estudio de un equipo de investigadores dirigido por NanoImaging Services, ha hallado cómo la difracción de electrones de microcristales (MicroED) está aumentando para obtener las estructuras de productos farmacéuticos potenciales.

Se necesitan estructuras cristalinas tridimensionales que muestren las posiciones relativas de los átomos, enlaces e interacciones intramoleculares para comprender la estabilidad, la reactividad, la solubilidad y, en última instancia, la idoneidad para el uso farmacéutico. Los investigadores farmacéuticos suelen utilizar la difracción de rayos X (XRD), prefiriéndose la XRD monocristalina, para resolver las estructuras cristalinas. Pero la XRD, generalmente, requiere cristales grandes (100 μm o más), bien ordenados y varios miles de ingredientes farmacéuticos activos (API, por sus siglas en inglés) conocidos están disponibles solo como polvos cristalinos que no forman cristales grandes fácilmente.

"El crecimiento de cristales grandes es un gran cuello de botella para aquellos interesados ​​en determinar las estructuras cristalinas", afirma la autora, la doctora Jessica Bruhn, líder del Grupo Científico - MicroED en NanoImaging Services. "MicroED puede funcionar con cristales de casi cualquier tamaño, ya que generalmente es bastante sencillo romper cristales grandes en un tamaño adecuado para MicroED".

Los avances en la recopilación y el procesamiento de datos automatizados han desembocado en un mayor interés en la difracción de electrones como una alternativa de XRD. La difracción de electrones es como la XRD, excepto que utiliza un haz de electrones en lugar de rayos X para obtener estructuras. Dado que los electrones interactúan fácilmente con la materia, MicroED puede resolver estructuras cristalinas de alta resolución a partir de cristales de tamaño submicrónico.

"MicroED puede funcionar con cristales de casi cualquier tamaño, ya que generalmente es bastante sencillo romper cristales grandes en un tamaño adecuado para MicroED"

Un avance que es realmente interesante si hablamos de los fármacos de molécula pequeña, muchos de los cuales forman microcristales fácilmente. El enfoque ayuda con la fase de descubrimiento del fármaco cuando las cantidades de muestra son extremadamente limitadas. En la fase de desarrollo, los investigadores pueden emplearlo para determinar las estructuras de los productos y subproductos de reacción, lo que puede ayudar a guiar las estrategias de síntesis e informar las decisiones de producción.

"La difracción de rayos X de cristal único es más rápida, más barata y de más fácil acceso en comparación con la difracción de electrones actual", declara Bruhn. "Sin embargo, espero ver que la difracción de electrones determina cada vez más estructuras inaccesibles a los rayos X, como las de los polimorfos transitorios, lo que ayuda a expandir la amplitud de las estructuras cristalinas que se pueden determinar".

Los polimorfos son estructuras cristalinas con la misma composición química pero diferentes empaquetamientos moleculares con diferentes propiedades, como el diamante y el grafito. Se cree que la mayoría de los ingredientes farmacéuticos activos existen en más de una forma polimórfica, lo que puede dar lugar a propiedades farmacológicas drásticamente diferentes. La formulación exitosa de un fármaco requiere seleccionar el polimorfo óptimo y eso requiere estructuras de fácil resolución. Además, la mayoría de las sustancias farmacológicas que se están desarrollando en la actualidad presentan escasa solubilidad. Determinar las estructuras de las muchas formas diferentes que puede adoptar un API (incluidos polimorfos, cocristales, hidratos, solvatos, etc.) ayuda a los investigadores a diseñar mejor las formas óptimas de cristales con buenas propiedades farmacocinéticas.

Al desarrollar su canalización MicroED, los investigadores exploraron la prevalencia de los datos MicroED disponibles, incluidos los datos almacenados en Cambridge Structural Database (CSD). El CSD alberga estructuras cristalinas experimentales orgánicas y metalorgánicas de moléculas pequeñas con entradas enriquecidas y anotadas por expertos.

Aproximadamente el 98% de las estructuras en el CSD provienen de difractómetros de rayos X de laboratorio, pero el CSD alberga un número creciente de conjuntos de datos de difracción de electrones 3D, incluidos los resueltos por MicroED. Actualmente, hay más de 100 conjuntos de datos únicos determinados mediante difracción de electrones en las ofertas web y de escritorio de junio de 2021 del CSD. En los últimos tres años, el número de estructuras de electrones en el CSD ha aumentado más rápidamente,

"La difracción de electrones es verdaderamente una de las áreas más emocionantes y de rápida evolución de la ciencia estructural. Las publicaciones recientes ya muestran cómo podría ayudar a acelerar el desarrollo de nuevos medicamentos, y estamos anticipando con impaciencia cómo podría afectar el volumen y la amplitud de los datos que podemos compartir a través del CSD. Creo que tenemos un viaje interesante por delante de nosotros, y será interesante ver cómo se utilizará la difracción de electrones 3D tanto en la industria como en la academia en los próximos años ", concluye Suzanna Ward, jefa de base de datos del Centro de Datos Cristalográficos de Cambridge (CCDC, por sus siglas en inglés).

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