„Fast magisch“: Chemiker können jetzt einzelne Atome in den Kern eines Moleküls hinein und aus ihm heraus bewegen

Mark Peplow ist Wissenschaftsjournalist in Penrith, Großbritannien.

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Illustration von David Parkins

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Vor einem halben Jahrzehnt war der Chemiker Mark Levin als Postdoktorand auf der Suche nach einem visionären Projekt, das sein Fachgebiet verändern könnte. Inspiration fand er in einer Reihe veröffentlichter Wunschlisten von Wissenschaftlern der Pharmaindustrie, die nach Möglichkeiten suchten, die medizinische Chemie zu transformieren1,2. Unter ihren Träumen stach ein Konzept besonders hervor: die Fähigkeit, ein Molekül präzise zu bearbeiten, indem einzelne Atome in seinem Kern gelöscht, hinzugefügt oder ausgetauscht werden.

Diese Art der molekularen Chirurgie könnte die Entdeckung von Arzneimitteln erheblich beschleunigen – und könnte die Art und Weise, wie organische Chemiker Moleküle entwerfen, insgesamt revolutionieren. In einer Rezension aus dem Jahr 2018 wurde es als „Moonshot“-Konzept bezeichnet. Levin war süchtig.

Heute leitet Levin ein Team an der University of Chicago in Illinois und gehört zu den Chemikern, die Pionierarbeit bei diesen Techniken leisten und darauf abzielen, neue Medikamente, Polymere und biologische Moleküle wie Peptide effizienter herzustellen. In den letzten zwei Jahren wurden mehr als 100 Artikel zu dieser Technik – bekannt als Skelettbearbeitung – veröffentlicht, die ihr Potenzial unter Beweis stellt (siehe „Skelettbearbeitung auf dem Vormarsch“). „Zu diesem Thema herrscht derzeit enorm viel Aufregung“, sagt Danielle Schultz, Leiterin der Forschungschemie beim Pharmaunternehmen Merck in Kenilworth, New Jersey.

Quelle: Naturanalyse mithilfe der Digital Science Dimensions-Datenbank.

Um ein Gefühl für die Herausforderung zu bekommen, bedenken Sie, dass die kleinen kohlenstoffbasierten Moleküle, aus denen die meisten Medikamente auf der Welt bestehen, typischerweise weniger als 100 Atome enthalten und Stück für Stück in einer Reihe chemischer Reaktionen zusammengesetzt werden. Einige verbinden große Teile des Molekülskeletts; andere verzieren dieses Skelett mit Atomclustern, um das Endprodukt zu schaffen. Aber nur wenige Methoden können das Grundgerüst eines Moleküls nach dem Zusammenbau zuverlässig optimieren. Es ist ein bisschen so, als würde man ein Haus aus Legosteinen zusammensetzen: Das Äußere umzugestalten ist trivial, aber das Einsetzen eines Ziegelsteins in die Mitte einer fertigen Wand geht nicht, ohne das Haus auseinanderzunehmen.

Für organische Chemiker ist die Idee, ein Atom im Skelett eines Moleküls austauschen zu können, von Natur aus faszinierend. „Es ist fast magisch, dass diese Veränderungen jetzt möglich sind“, sagt Richmond Sarpong von der University of California in Berkeley, ein führender Experte auf dem Gebiet der Skelettbearbeitung.

Aber es gibt auch einen sehr praktischen Zweck. Bei der Arzneimittelforschung geht es darum, zunächst ein vielversprechendes Molekül zu finden und anschließend Hunderte leicht unterschiedliche Versionen herzustellen, um die Wirksamkeit zu verbessern oder die Toxizität zu verringern. Es ist relativ einfach, Atomgruppen an der Peripherie eines Moleküls zu ändern, um Varianten zu erzeugen. Um den Kern zu bearbeiten, müssen Forscher jedoch normalerweise zum Anfang ihrer Synthese zurückkehren und das modifizierte Skelett von Grund auf neu erstellen. Dies ist teuer, zeitaufwändig und schränkt in der Praxis die Vielfalt der Designs, die Pharmaunternehmen prüfen und testen, erheblich ein. Eine zuverlässige Skelettbearbeitung könnte den Prozess enorm beschleunigen (siehe „Die entstehende Chemie der Skelettbearbeitung“).

Quelle: Ref. 9

In diesem Stadium funktionieren viele dieser Methoden nur auf bestimmte Moleküle oder bearbeiten diese ineffizient. Die Forscher sind begeistert, haben aber auch Bedenken, ein junges Fachgebiet zu überbewerten.

Dennoch testen Chemiker der Arzneimittelhersteller Pfizer und Merck bereits verschiedene Skelett-Editierungsreaktionen. „Wir sind uns bewusst, dass dies transformativ sein könnte“, sagt David Blakemore, Leiter der Abteilung Synthese, Entzündung, Immunologie und Antiinfektiva-Chemie bei Pfizer in Groton, Connecticut. „Es ist noch recht früh, aber ich glaube nicht, dass wir noch weit davon entfernt sind, einige dieser Methoden anwenden zu können.“

Für den Uneingeweihten sieht die organische Chemie wie eine verwirrende Parade von Hieroglyphen aus – ein Schneesturm aus Zickzacklinien und Sechsecken, die über die Seite wirbeln. Dennoch sind diese Diagramme ein visuelles Lexikon, reich an Informationen über die Moleküle, die sie darstellen. Jeder Scheitelpunkt in einer Form stellt ein Kohlenstoffatom dar (begleitet von nicht dargestellten Wasserstoffatomen), während die Linien zwischen ihnen chemische Bindungen darstellen. Dann gibt es eine großzügige Würze mit Buchstaben, die Atome wie Sauerstoff, Stickstoff oder Schwefel darstellen und über das Skelett und die Peripherie des Moleküls verteilt sind.

Wenn Chemiker ein bestimmtes Molekül herstellen wollen, skizzieren sie zunächst dessen Struktur. Dann zerschneiden sie diese Zeichnung nach und nach in kleinere Stücke, indem sie Bindungen löschen, die durch zuverlässige Reaktionen geknüpft werden könnten, und hinterlassen einfachere Fragmente, die bei Chemielieferanten gekauft oder von Grund auf neu hergestellt werden können.

Mark Levin, ein Pionier der Skelettbearbeitung, arbeitet an einer Glovebox (einem versiegelten Behälter für gefährliche oder luftempfindliche Chemikalien). Bildnachweis: Jean Lachat Photography

Das Hinzufügen eines zuverlässigen Satzes von Gerüstbearbeitungsreaktionen zum Werkzeugkasten der Chemiker könnte eine völlig neue Reihe von Verbindungsunterbrechungen ermöglichen und effizientere Synthesen und Möglichkeiten zur Herstellung bisher unzugänglicher Verbindungen ermöglichen. „Es ist eine ganz klare Abkehr davon, wie wir früher über Synthese nachgedacht haben“, sagt der organische Chemiker Junqi Li von der Iowa State University in Ames.

Der Gewinn könnte enorm sein. Neue Arten chemischer Reaktionen, die Moleküle synthetisieren, haben die Arzneimittelforschung verändert. Der Nobelpreis für Chemie 2005 ging unter anderem an Forscher, die in den 1990er Jahren effiziente Katalysatoren für Metathesereaktionen entwickelt hatten. Diese verschweißen chemische Gruppen, sogenannte Alkene (C=C-Doppelbindungen); Die Methode war beispielsweise entscheidend für die Bildung der großen Molekülringe in einer Reihe von Hepatitis-C-Medikamenten. Der Chemie-Nobelpreis 2010 ging an Forscher, die in den 1960er und 1970er Jahren palladiumkatalysierte Kreuzkupplungsreaktionen entwickelt hatten und damit eine weitere Möglichkeit boten, Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen in Arzneimittelmolekülen zu knüpfen.

Im 21. Jahrhundert gab es große Fortschritte bei Reaktionen, die die Peripherie eines Moleküls bearbeiten. Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen (C–H) sind in der Chemie normalerweise passive Zuschauer, doch in den letzten zwei Jahrzehnten gab es eine Reihe von Methoden (allgemein als C–H-Aktivierung bekannt), um Wasserstoff durch Atomcluster mit nützlicheren chemischen Eigenschaften zu ersetzen. sogenannte funktionelle Gruppen.

Wenn die Skelettbearbeitung auf ein breites Spektrum von Molekülen angewendet werden könnte – das Hinzufügen oder Entfernen bestimmter Atome mit vollständiger Selektivität und ohne Beschädigung bestehender funktioneller Gruppen – würde der Ansatz neben den Innovationen der Vergangenheit stehen, sagt David Rees, wissenschaftlicher Leiter bei Astex Pharmaceuticals in Cambridge , Großbritannien. „Ich denke, es wäre möglicherweise sogar größer als alle anderen.“

Das ist jedoch eine schwierige Aufgabe. Es ist vielleicht verlockend, eine Parallele zwischen der Skelettbearbeitung und der Genbearbeitungstechnik CRISPR zu ziehen, die die Biotechnologie im Sturm erobert hat. Tatsächlich, sagt Levin, sei es eine dürftige Analogie. CRISPR muss nur mit den vier Basen in DNA oder RNA zurechtkommen – aber damit die Skelettbearbeitung verallgemeinert werden kann, müssen die Bearbeitungstechniken zuverlässig bei Tausenden verschiedener Moleküle funktionieren.

Die von Chemikern vorgestellten Skelettbearbeitungsreaktionen sind im Allgemeinen auf die Bedürfnisse medizinischer Chemiker zugeschnitten3. Viele sind darauf ausgelegt, molekulare Ringe zu bearbeiten, die Nicht-Kohlenstoffatome (wie O, N oder S) enthalten: Sie werden als Heterozyklen bezeichnet und sind in der medizinischen Chemie allgegenwärtig. Etwa 60 % der niedermolekularen Medikamente enthalten beispielsweise einen Stickstoffheterocyclus, auch weil dieser häufig dazu beiträgt, dass ein Medikament gut an Proteinziele bindet4. Medizinische Chemiker möchten möglicherweise ein Atom aus einem Heterocyclus entfernen, damit sich der Ring zusammenzieht und so seine Passform für eine Proteinstelle ändert, oder ein Atom hinzufügen, das seine Bindung verstärkt. Alternativ möchten sie möglicherweise das Molekül optimieren, um seine Löslichkeit zu verbessern oder seine Toxizität zu verringern.

Levin und seine Gruppe haben beispielsweise eine Möglichkeit entwickelt, ein Kohlenstoffatom in einen fünfeckigen Stickstoffheterocyclus einzufügen, um einen hexagonalen zu erzeugen (siehe „Skelettbearbeitungsreaktionen: Einfügen von Kohlenstoff“). Im biochemischen Fachjargon werden dadurch Pyrrole in Pyridine umgewandelt5. „Das ist eine wirklich starke Reaktion“, sagt Blakemore. Pyridine sind der zweithäufigste Heterozyklus in Arzneimitteln, die von der US-amerikanischen Food and Drug Administration zugelassen sind. Allerdings sind stark dekorierte Pyridine viel schwieriger herzustellen als die entsprechenden Pyrrole, sodass Levins Reaktion einen viel einfacheren Weg zu diesen wünschenswerten Gerüsten bieten könnte.

Quelle: Ref. 5; Reaktionsdetails weggelassen.

Julia Reisenbauer, eine Doktorandin im Team des organischen Chemikers Bill Morandi an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich, hat eine ähnliche Reaktion entwickelt, um Stickstoff in verschiedene Ringe einzufügen6,7 (siehe „Einbau von Stickstoff“). „Bei vielen dieser Produkte wäre es mit bekannten Methoden viel schwieriger gewesen, an sie heranzukommen“, sagt sie.

Quelle: Ref. 6; Reaktionsdetails weggelassen.

Medizinische Chemiker, die die Wirkung von Stickstoffatomen in ihren Medikamentenkandidaten optimieren möchten, führen manchmal „Stickstoffscans“ durch und testen die Bioaktivität einer Reihe von Analoga, die jeweils an fast jeder erdenklichen Position ein Stickstoffatom aufweisen8.

Doch die Konstruktion dieser Varianten ist zeitaufwändig und kann eine chemische Herausforderung darstellen: Die Stickstoffatome stören manchmal die in Synthesen verwendeten Katalysatoren und chemischen Reagenzien, sagt Rees. Die Verwendung von Skelettbearbeitung zum Einfügen von Stickstoff am Ende einer Synthese könnte dieses Problem umgehen und eine praktische Möglichkeit bieten, einen Stickstoffscan durchzuführen, ohne jedes Analogon vollständig neu zu synthetisieren.

Julia Reisenbauers Stickstoff-Insertionsbearbeitung könnte medizinischen Chemikern bei der Durchführung von Stickstoff-Scans helfen.Quelle: Marius Lutz

Es gibt auch eine wachsende Zahl von Löschreaktionen, bei denen ein Atom entweder vom Gerüst eines Moleküls an dessen Peripherie verschoben oder ganz entfernt wird. Levin und seine Gruppe haben über eine Reaktion berichtet, bei der Stickstoff aus einer C-N-C-Gruppe herausgeschnitten wird, ein Motiv, das häufig in Arzneimitteln vorkommt9 (siehe „Stickstoff entfernen“) – obwohl das von ihnen verwendete Reagenz bei sperrigeren Molekülen nicht gut funktioniert neigt dazu, einige empfindliche funktionelle Gruppen anzugreifen.

Quelle: Ref. 9; Reaktionsdetails weggelassen.

Sarpongs Gruppe hat unterdessen eine Methode entwickelt, um einen Kohlenstoff zu löschen, der zwischen zwei Stickstoffatomen in sechsgliedrigen Ringen namens Pyrimidinen sitzt10. (Die Cytosin- und Thyminbasen in der DNA sind beide Pyrimidinstrukturen.)

Für einige Forscher würden die wertvollsten Skelettänderungen darin bestehen, ein Atom in einem einzigen Schritt gegen ein anderes auszutauschen. „Ich war besessen von der Idee, Atome in jedem Skelett zu ersetzen“, sagt Levin.

Letztes Jahr stellten Li und ihr Kollege Quang Luu, ebenfalls an der Iowa State University, eine Reaktionssequenz vor, die ein Kohlenstoffatom durch Sauerstoff ersetzt, eine Veränderung, die möglicherweise die Löslichkeit eines Moleküls in Wasser verbessern kann11 (siehe „Sauerstoffaustausch“). Bisher wurde die Methode jedoch nur bei einem bestimmten Typ eines Molekülgerüsts angewendet, das ein Kohlenstoffatom enthält, das von zwei Gruppen auf Benzolbasis flankiert wird. Li hat den Ansatz auch angepasst, um das Kohlenstoffatom durch Bor zu ersetzen, ein Atom, das Medikamentenmolekülen dabei helfen kann, sich an Zucker oder Proteine ​​zu binden.

Quelle: Ref. 11; Reaktionsdetails weggelassen.

An der Stanford University in Kalifornien haben die Chemiker Noah Burns und Sajan Patel einen Kohlenstoff-Stickstoff-Austausch entwickelt, der durch blaues Licht und Sauerstoff12 gesteuert wird (siehe „Stickstoff-Austausch“). Dabei handelt es sich jedoch auch um eine hochreaktive Verbindung namens Azid, die für ihre explosionsartige Instabilität bekannt ist.

Quelle: Ref. 12; Reaktionsdetails weggelassen.

Derzeit „gibt es noch keine allgemeine Lösung“ für den Atomaustausch, sagt Levin. „Aber wir haben in meinem Labor ein paar Dinge am Kochen, die noch nicht für die Hauptsendezeit bereit sind, die genaue Antworten auf diese Herausforderung sind.“

Wie bei anderen Reaktionen nutzen alle diese Innovationen Reagenzien, Katalysatoren oder Licht, um die gemeinsamen Elektronen der Atome – den „Kleber“, der die Atome in den chemischen Bindungen organischer Moleküle zusammenhält – herumzuschieben oder zu ziehen, sodass neue Atome eingebracht oder eingebracht werden können vorhandene herausgeschnitten. Und einige der Bearbeitungsreaktionen haben tiefe historische Wurzeln – einige haben seit dem späten 19. Jahrhundert Skelettbearbeitungen ermöglicht. Bei der Baeyer-Villiger-Oxidation wird beispielsweise ein Sauerstoffatom eingefügt; Bei der Beckmann-Umlagerung wird Stickstoff eingesetzt, ein Prozess, der jedes Jahr Millionen Tonnen Caprolactam produziert, den Ausgangsstoff für Nylon. (Wie so viele Reaktionen in der organischen Chemie tragen diese Reaktionen die Namen ihrer Erfinder).

Diese historischen Ansätze haben jedoch nur eine begrenzte Reichweite. Sie können nur Atome neben einer funktionellen Gruppe einfügen, die als Carbonyl bezeichnet wird, da sie auf deren chemische Reaktivität angewiesen sind, um ein Molekül aufzubrechen. Andere vor Jahrzehnten entwickelte Skelettbearbeitungstechniken werden selten verwendet, da sie zu viele funktionelle Gruppen in Molekülen zerfressen oder unordentliche Gemische erzeugen, die eine aufwendige Reinigung erfordern.

Der Zugang zu modernen Katalysatoren und Reagenzien habe Verbesserungen ermöglicht, sagt Reisenbauer. Beispielsweise ahmen Levins und Reisenbauers Atominsertionen beide eine Methode aus den 1880er Jahren nach: die Ciamician-Dennstedt-Umlagerung. Diese Reaktion neigte dazu, periphere funktionelle Gruppen zu schädigen, was ihren Einsatz einschränkte, aber die verbesserten Ansätze verwenden verträglichere Reagenzien, um die reaktiven Atome zu erzeugen, die für eine saubere Insertion erforderlich sind. „Wir bauen immer auf den Grundlagen und Entdeckungen derer auf, die vor uns kamen“, sagt die Chemikerin Sarah Wengryniuk von der Temple University in Philadelphia, Pennsylvania, die Teil eines Teams ist, das ein Verfahren zur Sauerstoffeinbringung entwickelt hat13 (siehe „Sauerstoff einbringen“). .

Quelle: Ref. 13; Reaktionsdetails weggelassen.

Ein weiterer Fortschritt liegt in den lichtgetriebenen Reaktionen, die Atombindungen aufbrechen und wieder verbinden. Vor Jahrzehnten beruhten diese Reaktionen auf Lampen, die ein breites Spektrum an Wellenlängen erzeugten, die manchmal einen Teil des Reaktionsprodukts sofort nach seiner Entstehung zerstörten. Heutzutage verwenden Chemiker Leuchtdioden (LEDs), die Licht bestimmter Wellenlängen aussenden und so präzise Bearbeitungen auslösen können.

Sarpong hat eine lichtgetriebene Reaktion entwickelt, die N, O oder S aus Ringen herausschneidet, wenn sich in der Nähe des auszuschneidenden Atoms eine Carbonylgruppe befindet14 (siehe „Eine weitere Stickstofflöschung“). Der Schlüssel bestand darin, genau die richtige Wellenlänge des blauen Lichts zu verwenden, um diese Carbonylgruppe anzuregen und eine Atom-entfernende Umlagerung auszulösen.

Quelle: Ref. 14; Reaktionsdetails weggelassen.

Und Levins Team hat in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern von Merck eine Reaktion entwickelt, die mit violettem Licht einer Wellenlänge von 390 Nanometern15 ein Kohlenstoffatom aus einigen Stickstoffheterozyklen löscht (siehe „Kohlenstoff löschen“).

Quelle: Ref. 15; Reaktionsdetails weggelassen.

Die Bearbeitung des Skeletts könnte auch in den frühen Stadien der Arzneimittelentwicklung hilfreich sein und medizinischen Chemikern helfen, auf ein breiteres Spektrum von Molekülen zuzugreifen, um sie auf arzneimittelähnliche Aktivität zu untersuchen.

Chemiker stellen sich das Universum aller möglichen organischen Moleküle als ein Gebiet vor, das chemischer Raum genannt wird. Es umfasst bis zu 1060 mögliche arzneimittelähnliche Moleküle, von denen jedes ein funkelnder Stern mit potenziellem medizinischem Nutzen ist16. Idealerweise sollten die Screening-Bibliotheken von Pharmaunternehmen Vertreter aus dem gesamten Chemiekosmos umfassen. Doch in Wirklichkeit sind molekulare Strukturen, die einfacher herzustellen sind, in diesen Bibliotheken tendenziell überrepräsentiert, was große unbeleuchtete Hohlräume im medizinisch-chemischen Raum hinterlässt17.

Skelettbearbeitung könnte dazu beitragen, diese Grenzen zu verschieben. Durch die Bereitstellung einer einstufigen Methode zur Veränderung des Gerüsts eines Moleküls wirken diese Reaktionen wie ein Wurmloch im chemischen Raum und ermöglichen es Forschern, von einer Verbindungsgalaxie zur anderen zu reisen. Diese Strategie wird bereits in einigen Pharmaunternehmen getestet, sagt Sarpong (sowohl er als auch Levin arbeiten mit Merck-Forschern zusammen).

Der Chemiker Richmond Sarpong, ein führender Experte auf dem Gebiet der Skelettbearbeitung. Bildnachweis: Brandon Wright

Doch selbst die enthusiastischsten Befürworter der Skelettbearbeitung geben zu, dass es viele Hindernisse für den routinemäßigen Einsatz gibt. Einige Reaktionen sind nicht sehr effizient und wandeln nur einen Bruchteil der Moleküle in das gewünschte Produkt um. (Für medizinische Chemiker spielt dies jedoch möglicherweise keine Rolle, da in den frühen Stadien der Arzneimittelentwicklung oft nur eine winzige Menge eines gewünschten Moleküls erforderlich ist.)

Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass viele Bearbeitungen auf hochreaktiven Reagenzien beruhen, die unerwünschte Nebenprodukte erzeugen oder in der Industrie als zu gefährlich angesehen werden könnten. „Das ist im Moment mein größter Vorbehalt“, sagt Blakemore. Manchmal müssen zusätzliche Molekülfragmente vorinstalliert werden, um anfällige funktionelle Gruppen zu schützen, und dann nach Abschluss der Reaktion entfernt werden. Obwohl dieses Konzept in der Chemie gut etabliert ist, macht es die Bearbeitung insgesamt weniger effizient.

Sarah Wengryniuk, Teil eines Teams, das eine Sauerstoffinsertionsbearbeitung entwickelt hat. Bildnachweis: Courtney Ay Photography

Die vielleicht größte Herausforderung besteht darin, die Methoden allgemeiner zu gestalten, damit jede Reaktion zuverlässig auf einem breiten Spektrum von Gerüsten funktioniert. Doch viele der nützlichsten Reaktionen in der medizinischen Chemie hatten zunächst nur einen begrenzten Anwendungsbereich, und es gibt Hinweise darauf, dass die Skelettbearbeitung ebenfalls vielseitiger und bequemer werden könnte.

Ein vielversprechendes Zeichen ergibt sich aus der Untersuchung, wie sich Atome und Bindungen im Laufe der Reaktionen verschieben und flüchtige Zwischenformen, sogenannte Übergangszustände, bilden. Einige der Skelett-Editierungsreaktionen weisen ähnliche Mechanismen auf, was darauf hindeutet, dass gemeinsame und möglicherweise verallgemeinerbare Reaktionsmotive im Spiel sind. Die Suche nach milderen und selektiveren Reagenzien, um diese Art von Zwischenprodukten zu erreichen, könnte ein breiteres Spektrum an Bearbeitungen ermöglichen.

Während Chemiker daran arbeiten, die Grundlagen der Skelettbearbeitung zu stärken, erreichen diese Techniken bereits Bereiche, die über die Arzneimittelforschung hinausgehen. Beispielsweise haben die Polymerchemiker Aleksandr Zhukhovitskiy und Rachael Ditzler von der University of North Carolina in Chapel Hill gezeigt, dass ähnliche Reaktionen die kohlenstoffbasierten Grundgerüste von Polymeren verändern können18. Solche Reaktionen könnten letztendlich dazu beitragen, Kunststoffe zu recyceln, oder es einfacher machen, nachhaltige biologische Moleküle zur Herstellung alltäglicher Polymere zu verwenden, die derzeit aus fossilen Brennstoffen hergestellt werden.

Sarpong hat seine lichtgesteuerte Stickstoffdeletion genutzt, um die Strukturen von Peptiden, das sind kurze Aminosäureketten, zu verändern. Schultz sagt, dass eine allgemeine Methode hierfür unglaublich nützlich sein könnte. Beispielsweise könnte ein orales Peptidmedikament, das so bearbeitet wurde, dass es nicht-natürliche Aminosäurestrukturen enthält, Verdauungsenzymen besser widerstehen – ohne seine Wirksamkeit zu verlieren. „Es könnte eine ziemlich bahnbrechende Technologie sein“, sagt sie.

Mittlerweile hat Morandis Team ungewöhnliche Isotope wie Stickstoff-15 oder Kohlenstoff-13 in Arzneimittelmoleküle eingebaut7,19 (siehe „Isotopentausch“). Medizinische Chemiker könnten diese Strategie in Experimenten nutzen, um beispielsweise den Stoffwechsel eines Arzneimittels zu verfolgen oder zu verstehen, wie es mit seinem Proteinziel interagiert.

Quelle: Ref. 19; Reaktionsdetails weggelassen.

Es ist klar, dass die Redakteure nur so vor Ideen für neue Methoden strotzen, und das Feld ist voll von Nachwuchsforschern, die konkurrenzfähig, aber auch kooperativ sind. „Wir wollen herkommen und etwas tun, das die Leute als neu, interessant und anders empfinden“, sagt Levin. „Ich denke, es ist die Zukunft.“

Natur618, 21-24 (2023)

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-01735-1

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