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Synthetic Biology

Sintetizan el mejor receptor artificial de glucosa 

Una estructura supramolecular se enlaza a la glucosa de manera fuerte y selectiva, apuntando a su futura incorporación en los dispositivos para el tratamiento de la diabetes

by Celia Henry Arnaud
November 14, 2018 | APPEARED IN VOLUME 96, ISSUE 46

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Este receptor se enlaza de manera fuerte y selectiva a la glucosa. La parte central contiene regiones polares (rojas) e hidrófobas (azules) que se unen a la glucosa. La región de enlace está rodeada por tres dendrímeros (verdes) que hacen que el receptor sea soluble en agua.

Durante años, los investigadores han tratado de crear un receptor artificial al que unir la glucosa de manera fuerte y con gran selectividad. Dicha molécula receptora podría usarse en los dispositivos que monitorizan la glucosa, o en aquellos que dispensan insulina respondiendo a los niveles de glucosa en el cuerpo. Pero los científicos sólo habían tenido un éxito modesto en estas síntesis.

Ahora, un equipo de la Universidad de Bristol, junto con la empresa emergente Ziylo, informa que han creado un receptor sintético que se enlaza a la glucosa con mayor afinidad y selectividad que otras moléculas previamente usadas como receptores de carbohidratos (Nat. Chem. 2018, DOI: 10.1038/s41557-018-0155-z). El nuevo receptor se une a la glucosa con una fortaleza más de 100 veces superior a la que demuestra con otros azúcares muy similares, como la manosa o la galactosa.

Cuando se le preguntó qué diferenciaba al nuevo receptor de su equipo de los anteriormente descritos por su grupo y otros, el líder del equipo de la Universidad de Bristol Anthony P. Davis dijo: “Funciona”.

Eric V. Anslyn, químico supramolecular de la Universidad de Texas, Austin, dice que “el trabajo es una obra maestra en diseño molecular de receptores sintéticos”, añadiendo que “la selectividad para la glucosa es asombrosa”.

Davis y su equipo diseñaron racionalmente el receptor para contener un núcleo hueco, con seis grupos de urea como “paredes” que conectan dos unidades trietilmesitileno como “suelo” y “techo”. Estas tapas aromáticas están dispuestas para formar interacciones CH-π con la glucosa cuando queda atrapada en su interior. El núcleo está rodeado por tres dendrímeros que hacen que todo el receptor sea soluble en agua. El estudiante de doctorado Robert A. Tromans sintetizó el receptor.

En diseños anteriores, el suelo y el techo aromáticos estaban separados por espaciadores de isoftalamida en lugar de por grupos urea. Davis jugueteó con el diseño en el ordenador y creó los espaciadores de urea, que amplían el núcleo y dejan espacio para más interacciones de enlace de hidrógeno entre el receptor y la glucosa. Los grupos urea están colocados de tal manera que cada uno de ellos forma dos enlaces de hidrógeno con los átomos de oxígeno en la molécula de glucosa. El diseño “pasó directamente del ordenador a la práctica”, dice Davis.

“Desde una perspectiva supramolecular, la evolución de los diseños de receptores que culminaron en el receptor actual es un ejemplo de libro del diseño molecular perspicaz e iterativo”, dice Bradley D. Smith, químico supramolecular de la Universidad de Notre Dame. “La innovación estructural para aumentar la distancia entre los elementos aromáticos del techo y el suelo de la estructura del receptor, que permite así un mayor número de enlaces de hidrógeno en las paredes laterales, es ingeniosa”.

El nuevo receptor “es ciertamente el mejor receptor sintético desarrollado, hasta la fecha, para la glucosa, en términos de constante de enlace y selectividad”, dice Evgeny Kataev, químico supramolecular en la Universidad Técnica de Chemnitz.

El equipo de Bristol asignó la patente para el receptor a Ziylo, una compañía ‘spin-out’ de la Universidad. En agosto, Novo Nordisk, una compañía farmacéutica danesa especializada en diabetes, compró Ziylo para obtener la patente, y planea usarla en sus esfuerzos por producir moléculas de insulina sensibles a la glucosa.

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Pero el equipo de Davis no ha acabado aún con la molécula receptora. Los investigadores han iniciado otra compañía llamada Carbometrics que hace uso de la patente de Novo Nordisk para desarrollar el receptor para la monitorización de glucosa. La tecnología de ese tipo ya existe, pero “creemos que podemos mejorarla incorporando nuestra molécula”, dice Davis.

Traducido al español por Adrián Muñoz Mateo para C&EN. La versión original (en Inglés) de este artículo está disponible aquí.

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