Con una gran ayuda de la inteligencia artificial y una gran dosis de toque humano, el laboratorio de Tim Cernak en la Universidad de Michigan hizo un descubrimiento que acelera drásticamente el lento proceso químico de construir moléculas que serán los medicamentos, agroquímicos o materiales del mañana.

El descubrimiento, publicado en la edición del 3 de febrero de Science, es la culminación de años de investigación en síntesis química y ciencia de datos por parte del Laboratorio Cernak en la Facultad de Farmacia y el Departamento de Química.

El objetivo de la investigación era identificar reacciones clave en la síntesis de una molécula y, en última instancia, reducir el proceso al menor número de pasos posible. Al final, Cernak y su equipo lograron la síntesis de un alcaloide complejo que se encuentra en la naturaleza en solo tres pasos. Las síntesis anteriores tomaron entre siete y 26 pasos.

« Hacer una estructura química que tenga átomos en el lugar correcto para brindar medicamentos eficaces y no tóxicos, por ejemplo, es complicado », dijo Cernak, profesor asistente de química médica y química. « Requiere una estrategia de síntesis química basada en los componentes químicos que realmente puedes comprar y luego unir mediante reacciones químicas ».

El logro tiene poderosas implicaciones para acelerar el desarrollo de medicamentos.

Cernak comparó la construcción de estas moléculas complejas con jugar al ajedrez. Necesitas orquestar una serie de movimientos para llegar al final del juego. Si bien hay un número casi infinito de movimientos posibles, hay una lógica que se puede seguir.

« Desarrollamos una lógica aquí, basada en la teoría de grafos, para llegar al final lo más rápido posible », dijo.

Cernak y sus colegas utilizaron el software de retrosíntesis SYNTHIA, que proporciona a los científicos una base de datos de vías o pasos y fórmulas para millones de estructuras moleculares. Esto le dio al equipo una enorme cantidad de datos de síntesis computacional para jugar.

Usando un algoritmo que desarrollaron para curar los datos, los investigadores identificaron los pasos a lo largo del camino que eran de alto impacto, o pasos clave, y los pasos que estaban progresando para completar la síntesis pero que, en última instancia, eran ineficientes para todo el proceso.

« Esperamos que esta investigación pueda conducir a mejores medicamentos », dijo Cernak. « Hasta ahora, hemos estado limitados en las estructuras moleculares a las que podemos acceder rápidamente con la síntesis química ».

Los coautores incluyen a Yingfu Lin, investigador sénior en farmacia; Rui (Sam) Zhang, estudiante de doctorado en química; y Di Wang, estudiante de doctorado en farmacia.