Новый «кристаллический губка» APF-80 для разработки лекарств

Многие природные соединения, такие как кофеин, никотин или морфин, служат основой для лекарств, но их сложно изучать из-за трудностей с выращиванием кристаллов для рентгеноструктурного анализа. Решением может стать метод «кристаллической губки», при котором молекулы поглощаются пористым материалом — металло-органическим каркасом (МОК). Однако активные молекулы, подобные алкалоидам, часто разрушают такие каркасы.

Исследователи из Токийского научного института под руководством профессора Масаки Кавано и доцента Юки Вада разработали новый МОК под названием APF-80, который решает проблему хрупкости. Его структура усилена специальными органическими молекулами, а ключевые участки защищены от реакций. Кроме того, поглощённые молекулы фиксируются внутри каркаса особенно прочно, «как будто замирают перед фотографией».

Благодаря высокой стабильности APF-80 учёные смогли визуализировать трёхмерные структуры кофеина, никотина и омепразола (действующее вещество лекарства от изжоги), а также впервые определить форму ранее неизученных соединений. Система даже способна различать почти идентичные молекулы, например, хинин (противомалярийное средство) и хинидин (лекарство от аритмии), что сравнимо с идентификацией отпечатков пальцев.

Кристаллическая губка — это как построить маленькую фотостудию в молекулярном мире, который до сих пор было трудно наблюдать. С APF-80 даже сложные молекулы, которые раньше не поддавались анализу, теперь можно запечатлеть чётко, — говорит Юки Вада.

Эта технология позволит значительно ускорить фармацевтические исследования, так как для анализа требуются лишь минимальные количества вещества. Кроме того, подобные «кристаллы, инкапсулирующие молекулы», могут найти применение в создании ароматических соединений, катализаторов и материалов для энергетики.

Видеть — значит верить. Метод кристаллической губки делает эту поговорку реальностью. APF-80 позволил наблюдать соединения, которые раньше не поддавались анализу. Я верю, что он станет мощным кристаллическим инструментом, поддерживающим новые исследования в области открытия лекарств и материалов, — отмечает Масаки Кавано.

Исследование опубликовано в Journal of the American Chemical Society. Металло-органические каркасы как класс материалов были отмечены Нобелевской премией по химии в 2025 году.