Chemische Reaktion mit einem Atom könnte die Arzneimittelforschung revolutionieren

Diese einzigartige Forschung könnte die pharmazeutische Synthese vereinfachen und ihre Kosten senken

09.02.2023 - Japan

Die pharmazeutische Synthese ist oft recht komplex; Vereinfachungen sind notwendig, um die Anfangsphase der Arzneimittelentwicklung zu beschleunigen und die Kosten für die Herstellung von Generika zu senken. In einer kürzlich in Science veröffentlichten Studie haben Forscher der Universität Osaka eine chemische Reaktion entdeckt, die aufgrund ihrer Einfachheit und Nützlichkeit die Arzneimittelproduktion verändern könnte.

Arzneimittel enthalten in der Regel nur einige Dutzend Atome und eine ähnliche Anzahl chemischer Bindungen zwischen den Atomen. Daher erfordert die Entwicklung komplexer Arzneimittelstrukturen aus einfachen Ausgangsstoffen mit den Techniken der organischen Chemie in der Regel eine sorgfältige Planung und langwierige, schrittweise Schritte. Der Goldstandard in der Arzneimittelsynthese besteht darin, in einem Schritt so viele chemische Bindungen wie möglich herzustellen. Im Prinzip kann das Hinzufügen eines Kohlenstoffatoms zu einer Arzneimittelvorstufe - durch die Bildung von vier Bindungen in einem Schritt - eine Möglichkeit sein, dies zu erreichen. Leider ist atomarer Kohlenstoff im Allgemeinen zu instabil, um unter den üblichen chemischen Reaktionsbedingungen verwendet zu werden. Das ist das Problem, das die Forscher angehen wollten.

"Da atomarer Kohlenstoff für die Verwendung in der organischen Synthese zu instabil ist, sind Reagenzien wie Dihalocarbene im Grunde alles, was als atomare Kohlenstoffäquivalente zur Verfügung steht", erklärt Miharu Kamitani, der Hauptautor der Studie. "Wir haben den Werkzeugkasten für solche Reaktionen erweitert und unsere Technik auf ein etabliertes Arzneimittel angewandt."

Die Entdeckung der Forscher von der Universität Osaka basiert auf einer Klasse von Molekülen, die als N-heterozyklische Carbene bekannt sind. Durch einen chemischen Prozess, der als Resonanz bekannt ist, enthalten diese Moleküle eine stabilisierte Version eines Kohlenstoffatomäquivalents. Durch eine einfache Reaktion mit alpha,beta-ungesättigten Amiden (ein wichtiges Molekül bei der Krebsentstehung) wurden verschiedene Gamma-Lactame (zyklische Moleküle, die häufig in Antibiotika verwendet werden) in einem Schritt hergestellt, oft mit einer Ausbeute von mehr als 60 %. Besonders erwähnenswert ist eine einstufige chemische Modifikation von Aminoglutethimid - einem Medikament zur Behandlung von Krampfanfällen und anderen Erkrankungen - mit einer Ausbeute von 96 %. Auf diese Weise können selbst komplexe Wirkstoffe für Studien zur Ausrichtung und Aktivität von Wirkstoffen sowie für eine Vielzahl anderer Verfahren modifiziert werden, die ansonsten synthetisch komplexe Aspekte der Arzneimittelforschung darstellen.

"Pharmaunternehmen sind immer auf der Suche nach unkomplizierten Reaktionen, mit denen sich komplexe chemische Umwandlungen durchführen lassen", sagt Mamoru Tobisu, Hauptautor der Studie. "Wir stellen uns vor, dass unsere Dotierungsreaktion mit einem einzigen Kohlenstoffatom in diesem Zusammenhang von großem Nutzen sein wird."

Mit dieser Arbeit ist es gelungen, ein atomares Kohlenstoffäquivalent zu verwenden, um vier chemische Bindungen in einem Schritt zu bilden, pharmazeutisch nützliche chemische Architekturen zu synthetisieren und die chemische Natur eines etablierten Arzneimittelmoleküls grundlegend zu verändern. Der Ansatz der Forscher der Universität Osaka wird für die schnelle Herstellung potenzieller Arzneimittel nützlich sein, was die Arzneimittelforschung und -entwicklung sowie die Produktion bereits etablierter Medikamente beschleunigen wird - vor allem, wenn der Ansatz auf weitere Klassen von Umwandlungen in der organischen Chemie ausgedehnt wird.

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