Quiral fluorescente

2 de março de 2023

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pela Universidade Sofia

O diabetes mellitus, simplesmente chamado de diabetes, é um distúrbio metabólico caracterizado pela presença de concentrações anormalmente elevadas de glicose no sangue. Os métodos existentes para o diagnóstico da diabetes baseiam-se em técnicas tradicionais de detecção de glicose em amostras de soro sanguíneo – um processo que normalmente é tedioso e caro.

O reconhecimento molecular é a ciência que detecta com precisão compostos específicos, explorando suas propriedades de ligação. Aqui, uma molécula receptora – uma espécie de sensor – liga-se seletivamente a uma molécula alvo. Este processo desencadeia alguma reação, digamos, uma mudança na fluorescência. Como resultado, o alvo é detectado. Sensores químicos, polímeros especializados e algumas técnicas de catálise funcionam com base neste princípio.

Apesar dos avanços no reconhecimento molecular ao longo das décadas, o desenvolvimento de receptores para detecção de moléculas quirais (ou assimétricas) continua a ser um desafio. A quiralidade resulta em pares enantioméricos, que são "imagens espelhadas" não sobreponíveis da mesma molécula. Eles têm propriedades físicas e químicas idênticas, mas funções biológicas diferentes. Suas estruturas semelhantes tornam difícil distingui-los uns dos outros. Portanto, os pesquisadores devem empregar técnicas complexas e caras, como a cromatografia líquida de alta eficiência, para diferenciá-los.

Diante disso, um grupo de pesquisadores, incluindo o professor Takashi Hayashita e o Dr. Yota Suzuki do Departamento de Materiais e Ciências da Vida da Universidade Sophia, projetou um método de reconhecimento de fluorescência totalmente novo para detectar D-glicose, um monossacarídeo quiral, em água. Seu trabalho foi disponibilizado online em 20 de dezembro de 2022 e publicado na ACS Sensors em 27 de janeiro de 2023.

Hayashita descreve a motivação por trás da pesquisa: "A maioria das abordagens para projetar sensores químicos de D-glicose requerem sínteses complicadas, muitas vezes têm baixa solubilidade em água e, às vezes, baixa seletividade. Portanto, um novo mecanismo de detecção foi desenvolvido."

Os pesquisadores desenvolveram um complexo composto por γ-ciclodextrina (γ-CyD), que possui uma cavidade que fornece um microambiente hidrofóbico para encapsular compostos hidrofóbicos espontaneamente em ambiente aquoso. Eles então sintetizaram prontamente dois tipos de receptores simples hidrofóbicos fluorescentes à base de ácido monoborônico: um receptor à base de ácido 3-fluorofenilborônico (1F) e um receptor à base de ácido piridilborônico (2N). Eles anexaram duas moléculas de qualquer um dos receptores ao γ-CyD.

Os complexos de inclusão resultantes (1F/γ-CyD ou 2N/γ-CyD) formaram uma porção de ácido pseudo-diborônico que reconheceu seletivamente a D-glicose na água em seus dois locais. Isto aumentou fortemente a fluorescência da solução. Em contraste, apenas uma fluorescência fraca foi observada para outros nove sacarídeos testados, incluindo D-frutose, D-galactose e D-manose, que eram sacarídeos típicos contidos no sangue. 1F/γ-CyD e 2N/γ-CyD aumentaram a fluorescência em 2,0 e 6,3 vezes, respectivamente, para D-glicose, em relação ao seu enantiômero L-glicose.

"Até onde sabemos, 2N/γ-CyD tem a maior seletividade D/L entre outros receptores fluorescentes baseados em moléculas de ácido diborônico", diz o Dr. Suzuki.

Os pesquisadores investigaram esse fenômeno ainda mais por meio de estudos espectrais de dicroísmo circular induzido e de ressonância magnética nuclear. Eles descobriram que uma molécula de D-glicose une as duas moléculas de ácido monoborônico. Endurece a estrutura complexa e aumenta a fluorescência. No caso dos sacarídeos não-glicose, duas moléculas diferentes ligam-se aos dois locais da porção ácido pseudo-diborônico. Como resultado, a fluorescência permanece fraca.