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Chemputer - Eine App-gesteuerte Revolution in der Arzneimittelsynthese

Organische Synthese per chemischer Programmiersprache in einem modularen Robotersystem.




Abbildung unten: Der experimentelle Aufbau des so genannten Chemputers, der per Programmcode Wirkstoffe synthetisiert. [Bildquelle: University of Glasgow]
chemputer

Eine radikal neue Methode zur Herstellung von medizinischen Wirkstoff-Molekülen, bei der mithilfe eines programmierbaren "Chemputers" auf einfache und verlässliche Weise organische Chemikalien mit Hilfe von herunterladbaren Blaupausen synthetisiert werden, könnte die Pharmaindustrie revolutionieren.

In einem online in der Zeitschrift Science veröffentlichten Artikel [vgl. Hinweis unten] stellen Forscher der Universität von Glasgow zum ersten Mal vor, wie die organische Synthese wichtiger Wirkstoffmoleküle in einem erschwinglichen und modularen Chemierobotersystem, das sie als Chemputer bezeichnen, realisiert werden kann.

Während die jüngsten Fortschritte in der chemischen Produktion die Herstellung einiger chemischer Verbindungen im Labormaßstab über automatisierte Systeme ermöglicht haben, wird der Chemputer durch einen neuen universellen und interoperablen Standard für das Schreiben und Teilen chemischer Rezepturen gestützt, der vom Team der Universität Glasgow entwickelt wurde. Der Schlüssel bestand darin, eine allgemeine Abstraktion für die Chemie zu entwickeln, die universell, praktisch und durch ein Computerprogramm gesteuert werden kann.

Diese chemischen Rezepte laufen auf einem Computerprogramm, das das Team als "Chempiler" bezeichnet. Dieser weist den Chemputer an, wie er bedarfsgerecht Moleküle produzieren kann - günstiger und sicherer als je zuvor.

Die Forscher behaupten, die Möglichkeit, einen universellen Code zu verwenden, wird es Chemikern auf der ganzen Welt ermöglichen, ihre Synthese-Anweisungen in einen digitalen Code umzuwandeln, so dass die Rezepte - ähnlich wie bei Musik-Stücken heute auf iTunes oder Spotify - mit anderen geteilt und heruntergeladen werden können.

Der Chemputing-Ansatz wurde von Professor Lee Cronin, Inhaber des Regius-Lehrstuhls für Chemie der Universität Glasgow, entworfen und entwickelt. Professor Cronin sagt: "Dieser Ansatz ist ein entscheidender Schritt bei der Digitalisierung der Chemie und ermöglicht die universelle Montage komplexer Moleküle nach Bedarf. Demokratisiert wird die Fähigkeit, neue Moleküle mithilfe einer einfachen Software-App und eines modularen Chemputers zu entdecken und herzustellen."

Rezepte für Medikamente online verfügbar und über ein kompaktes Chemputersystem synthetisierbar zu machen, könnte es Ärzten in abgelegenen Teilen der Welt ermöglichen, lebensrettende Medikamente herzustellen, wann und wo sie auch immer benötigt werden. Oder Forscher könnten den digitalen Code eines neu entwickelten Wirkstoff-Moleküls austauschen, um eigene Untersuchungen, Messungen und Experimente vorzunehmen. "Die potenziellen Anwendungen sind enorm und wir freuen uns sehr, diesen revolutionären neuen Ansatz für die Organische Chemie entwickelt zu haben", so Cronin.

In dem Artikel demonstriert das Forscherteam der School of Chemistry der Universität in Schottland das Potenzial des Systems, indem es drei verschiedene Pharmazeutika in einem Robotersystem herstellt, indem einfach die Software und die Eingangschemikalien geändert werden. Sie produzierten das Schlafmedikament Nytol, das Anfallsmedikament Rufinamid und den Viagra-Wirkstoff mit dem neuen System in Ausbeuten, die mit denen herkömmlicher Synthese-Methoden vergleichbar sind.

Der Chemputer in Desktop-Größe selbst zieht Rohchemikalien in flüssiger Form in eine Reihe von Modulen ein und anschließend aus einer Reihe von Modulen heraus, die die zur Durchführung einer Synthesesequenz erforderlichen Vorgänge ausführen können.

Die für das System entwickelten Module bestehen aus einem Reaktionsmodul, einem beheizten oder kühlbaren und ummantelten Filtrationssystem, einem automatisierten Flüssig-Flüssig-Trennmodul und einem Lösungsmittelverdampfungsmodul.

Diese Forschung wird von der Chemieinitiative der Universität Glasgow, dem Europäischen Forschungsrat und dem Forschungsrat für Ingenieurwissenschaften und Physikalische Wissenschaften finanziert. Zusätzlich ist die DeepMatter Group Plc beteiligt, ein Unternehmen, das sich kommerziell mit der Digitalisierung des chemischen Raums beschäftigt.


Zusatzinformationen:

Sebastian Steiner, Jakob Wolf, Stefan Glatzel, Anna Andreou, Jaroslaw M. Granda, Graham Keenan, Trevor Hinkley, Gerardo Aragon-Camarasa, Philip J. Kitson, Davide Angelone, Leroy Cronin:
Organic synthesis in a modular robotic system driven by a chemical programming language.
In: Science; erschienen am 29. November 2018, DOI 10.1126/science.aav2211

Quelle: Universität Glasgow, Schottland, UK

 


Aktualisiert am 04.12.2018.



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