Medizinische Wirkstoffe schneller finden

Wissenschaftler der Technischen Universität Darmstadt haben ein Verfahren entwickelt, mit dem die Suche nach medizinisch wirksamen Substanzen nicht nur wesentlich beschleunigt, sondern auch deutlich kostengünstiger durchgeführt werden könnte.

Das neue Verfahren wurde in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Wolf-Dieter Fessner vom Institut für Organische Chemie und Biochemie der TU Darmstadt erarbeitet.

Für die Suche nach neuen Medikamenten nutzen Forscher sogenannte Substanz-Bibliotheken, in denen potenzielle Wirkstoffe gesammelt werden. Sie enthalten sowohl natürlich vorkommende als auch künstlich hergestellte Substanzen Die entsprechenden chemischen oder biotechnologischen Herstellungsverfahren sind allerdings zeit- und kostenaufwändig.

Das neuentwickelte Darmstädter Verfahren ist nicht nur wesentlich schneller als bisherige Methoden, im Sinne einer „grünen Chemie“ könnte es damit auch bald möglich sein, alle bislang nur einmal verwendbaren Materialien zu recyceln. „Sämtliche, zum Teil sehr teuren Bestandteile, die bei der Synthese von potenziellen Wirkstoffen verwendet werden, können effizient zurückgewonnen und wieder verwendet werden“, erläutert Fessner.

Der Trick mit der indirekten Bindung

Das Verfahren ist eine Abwandlung der für den Aufbau von Substanz-Bibliotheken üblichen sogenannten Festphasen-Synthese. Dabei wird der zu produzierende Stoff an einen unlöslichen Festkörper gebunden, die sogenannte Matrix. Im Gegensatz zur Synthese mit Hilfe löslicher Stoffe ist diese Herstellungsart mit einem hohen Verbrauch von Chemikalien verbunden, hat allerdings den Vorteil, dass der einmal produzierte Stoff sehr viel einfacher und kostengünstiger isoliert werden kann.

Prof. Fessner hat nun herausgefunden, wie sich die jeweiligen Vorteile der beiden Verfahren miteinander verbinden lassen. Der Darmstädter Chemiker bindet hierfür den zu produzierenden Stoff nicht direkt an einen unlöslichen Festkörper, sondern an eine wasserabweisende sogenannte Ankersubstanz, die wiederum an der Matrix hängt. Nach der Synthese kann die Substanz durch Waschen mit Wasser sehr einfach isoliert werden.

Danach kann durch Zugabe eines organischen Lösungsmittels die Bindung des Ankers an die Matrix aufgehoben werden, so dass die Substanz in reiner Form vorliegt. Sie kann danach jederzeit erneut an die Matrix geheftet werden. Und eben weil die Bindungskräfte zwischen Matrix und zu produzierender Substanz nicht auf festen chemischen Bindungen beruhen, kann der Festkörper wiederverwendet werden.

„Das senkt die hohen Kosten deutlich, denn die Matrix ist sehr teuer. Bislang war sie ein Wegwerfprodukt wie alle anderen Materialien auch“, betont Fessner.

Anwendungsbeispiel Tumormarker

Bestimmte Zuckermoleküle, sogenannte Oligosaccharide, sind als „Tumormarker“ bei Krebszellen potenzielle Angriffspunkte neuer Medikamente. Mit diesen Oligosacchariden haben die Darmstädter Chemiker ihr neues Herstellungsverfahren getestet.

„Wir konnten sehr viel schneller die zahllosen natürlich vorkommenden Oligosaccharide sowie Varianten davon produzieren“, so Fessner. „Allein die Reinigung der Zuckermoleküle von allen Nebenkomponenten aus der Synthese, also die Isolierung des Zielmoleküls, dauert normalerweise oft ein bis zwei Tage. In unserem Verfahren ist es ein einziger mechanischer Filtrationsschritt, der ein paar Minuten dauert“, präzisiert Fessner.

Ein weiterer Vorteil der Darmstädter Synthese: Das Verfahren ist skalierbar. Das heißt, dass mit ein und demselben Verfahren sowohl kleinste Substanzmengen für die Herstellung der Substanz-Bibliotheken als auch große Mengen für die Produktion hergestellt werden können. Auch das ist neu. Fessner erläutert: „Mit den gleichen Apparaturen können Pharmafirmen nun theoretisch Synthesen unterhalb des Milligramm-Bereichs bis hin zur Produktion von potenziellen neuen Wirkstoffen zu deren Prüfung im Kilogrammbereich herstellen. Bislang musste jeder einzelne Herstellungsschritt völlig neu entwickelt werden.“