'Infinite possibilità': i chimici cambiano le molecole atomo per atomo

Un nuovo metodo chiamato “editing scheletrico” offre un modo estremamente semplificato per alterare la materia, aprendo la strada a innovazioni rivoluzionarie nella medicina personalizzata e nella plastica sostenibile

Chiedi a Mark Levin cosa lo entusiasma del suo lavoro e il professore associato di chimica dell'Università di Chicago potrebbe fungere anche da poeta. "Siamo uno dei pochi campi della scienza che si occupa essenzialmente di creare cose che non sono mai esistite in nessun'altra parte dell'universo, e che non sarebbero mai esistite se non fossimo intervenuti", afferma entusiasta. “Possiamo manipolare la materia a livello atomico per modellarla secondo qualsiasi scopo ci venga in mente”.

Alcune di quelle cose che non sarebbero mai esistite hanno un valore immenso per l’umanità. Dai coloranti sintetici alla celluloide, dai materiali ai medicinali, la chimica sintetica ha reso il nostro mondo un luogo più ricco e ci ha aiutato a vivere più a lungo per godercelo.

Con uno sforzo sufficiente, i chimici di oggi possono sintetizzare quasi tutte le molecole immaginabili, ma i loro metodi sono limitati, si basano sugli elementi costitutivi molecolari disponibili e richiedono potenzialmente molti passaggi. "L'approccio adottato a questo scopo è quello di aggiungere altri gruppi chimici alla molecola già esistente, modificandola solo nella sua periferia", spiega il professor Richmond Sarpong, chimico dell'Università della California, Berkeley.

Quando si tratta di alterare una molecola esistente in modo più radicale – come all'interno degli anelli di atomi di carbonio al centro di molti composti organici – Levin paragona quegli atomi e legami ai connettori e alle aste del set Tinkertoy di un bambino: “È molto ovvio quando tu stiamo valutando il giocattolo e il modo migliore per cambiarlo sarebbe togliere la parte che non vuoi e inserirne quella nuova", dice. "Mi ha sempre infastidito il fatto che non sia qualcosa che abbiamo la capacità di fare chimicamente."

Cioè, non fino ad ora.

Ispirati in parte dalla rivoluzionaria tecnologia di modifica del genoma Crispr-Cas9, Levin e Sarpong fanno parte di una manciata di chimici che sviluppano nuovi metodi per inserire, eliminare e scambiare singoli atomi all'interno delle molecole. Lo chiamano “editing scheletrico” e sperano che possa cambiare il loro campo – e il nostro mondo.

La parola “modifica” evoca i chimici che alterano gli atomi con paia di pinzette nanoscopiche, ma sarebbe tutt’altro che efficiente. “Se volessi fare una talpa”, spiega Levin, riferendosi a un’unità di misura usata in chimica, “dovresti prendere quel paio di pinzette e farlo 1023 volte”.

Invece, in questo nuovo approccio sfruttano reagenti chimici, catalizzatori o luce, per eseguire modifiche quintilioni di volte. "Ciò che stiamo facendo essenzialmente è progettare molecole che si comportino come una pinzetta", spiega Levin.

In questo senso, l’editing scheletrico è una continuazione della chimica sintetica consolidata – non tanto un singolo strumento quanto una cassetta degli attrezzi in continua crescita. “[Non è] una cosa”, dice Sarpong. “È un concetto, un modo di pensare, che ha dato il via a un nuovo modo di guardare le cose e sta producendo risultati che non avrei potuto immaginare cinque anni fa”.

Alcuni dei risultati più entusiasmanti, almeno per Sarpong e Levin, riguardano la progettazione dei farmaci.

Gli scienziati di solito creano nuovi farmaci identificando un bersaglio biologico che svolge un ruolo in una malattia e quindi esaminando centinaia di migliaia di molecole per trovare un composto “di successo” che potrebbe interagire con esso. “Produrre molecole per un progetto di scoperta di farmaci richiede molti passaggi chimici e molto tempo”, riconosce David Blakemore, responsabile della sintesi, dell’infiammazione, dell’immunologia e della chimica antinfettiva presso Pfizer.

Negli ultimi decenni, questo è stato fatto sempre più con i computer, e il cosiddetto screening in silico è ora così avanzato che la chimica sintetica a volte fatica a tenere il passo.

"Posso progettare una molecola che sembri sensata o che segua tutte le regole della chimica", afferma il dottor Robert Scoffin, CEO della società di ricerca farmaceutica Cresset con sede a Cambridge, "e i ragazzi sintetici la guarderanno e diranno: 'Mi dispiace'". , Non posso davvero arrivarci, o ti costerà così tanto che non vale davvero la pena arrivarci.'”