Afrikanske planter med CNS aktivitet
I jagten på bedre behandlinger af depression, angst og epilepsi undersøger vi planter, som afrikanske medicinmænd har brugt i århundreder. planterne indeholder aktive stoffer, som kan have potentiale som lægemidler.
Af Mikael Egebjerg Pedersen, Anna Katharina Jäger, Suzanne L. Hansen og Henrik Tang Vestergaard
Fra Lægemiddelforskning 2006
De nuværende medicinske behandlinger af depression, angst og epilepsi er ofte forbundet med alvorlige bivirkninger og har heller ikke altid tilfredsstillende effekt. I jagten på nye og bedre behandlinger kigger vi nu nærmere på planter, som har været anvendt af afrikanske medicinmænd gennem århundreder.
I et samarbejde med University of KwaZulu-Natal har vi etableret en database over planter, der bruges til behandling af psykiatriske tilstande i Sydafrika. Databasen er blevet opbygget på baggrund af litteraturstudier samt interviews med afrikanske medicinmænd og danner grundlaget for forskningen i planter, som påvirker centralnervesystemet (CNS).
På den måde får vi gavn af den viden, som de afrikanske medicinmænd har tilegnet sig gennem århundreder. Etnofarmakologisk udvælgelse af planter har nemlig vist sig at give langt flere potentielle lægemiddelkandidater og udgangsstrukturer for udvikling af lægemidler end en tilfældig udvælgelse af planter.
I 10 ud af 11 udvalgte planter, som medicinmænd i Mali bruger til behandling af epilepsi og krampelignende tilstande, har vore undersøgelser vist, at planterne indeholder biologiske aktive forbindelser, som måske kan bruges som udgangspunkt for udvikling af lægemidler.
- Resultaterne fra Rhus pyroides i bindingsforsøg samt i elektrofysiologiske undersøgelser på hjernevæv fra mus. A) Planteekstraktet fortrænger den radioaktivt mærkede ligand fl umazenil fra receptoren. Den s-formede kurve viser dosis-virkning sammenhængen, baseret på tørvægt af råekstrakt.
- B) Planteekstraktet i stigende koncentrationer (angivet med sorte pile) reducerer frekvensen af spontan aktivitet i det elektrofysiologiske testsystem som et udtryk for, at aktiviteten af det dæmpende signalstof GABA øges.
Behandling af depression
De udvalgte afrikanske planter undersøges for deres indhold af potentielle lægemiddelstoffer til behandling af depression, angst eller epilepsi. DFU råder over en række testsystemer, hvor stoffernes evne til at binde sig til udvalgte receptorer på nervecellerne samt deres evne til at hæmme vigtige enzymer kan undersøges. På den måde kan vi screene planter for deres indhold af biologisk aktive forbindelser. Samtidig arbejder vi på at isolere disse stoffer med henblik på at opklare deres kemiske strukturer. Det er lykkedes os at isolere et interessant alkaloid fra en sydafrikansk løgplante, Boophane disticha. Alkaloider er en vigtig nitrogenholdig naturstofgruppe, som ofte har fysiologiske egenskaber. Det isolerede alkaloid hæmmer virkningen af serotonin-transportøren, som fjerner signalstoffet serotonin fra synapsekløften mellem nervecellerne i hjernen.
Serotonin spiller en væsentlig rolle i forbindelse med behandlingen af depression. Hæmningen af serotonin-transportøren resulterer i en forøget mængde serotonin i synapsekløften, og det er mekanismen bag det meget anvendte antidepressive lægemiddel Citalopram®. Da det isolerede alkaloid virker via samme mekanisme, kan det muligvis have en antidepressiv virkning.
Efterfølgende har vi isoleret en række potente alkaloider med effekt i hjernen og centralnervesystemet fra andre arter i samme plantefamilie; amaryllis-familien. Disse stoffer er dog ikke så potente som Citalopram®, men deres strukturer kan give anledning til udviklingen af nye antidepressive lægemidler.
Kramper og epilepsi
Afrikanske medicinmænd anvender den sydafrikanske plante Rhus til behandling af kramper og epilepsilignende tilstande. Det er imidlertid udelukkende arten Rhus pyroides, som vokser på svært fremkommelige bjergskråninger som medicinmændene bruger. Andre lettere tilgængelige arter af Rhus slægten har ingen interesse.
Forklaringen er nu fundet i laboratoriet. Vi har testet tre Rhus arter for deres evne til at binde sig til GABAA-receptorer. GABA er det vigtigste dæmpende signalstof i hjernen, og mangel på GABA er involveret i epilepsi og kramper.
Råekstrakter af planterne viste binding til benzodiazepin-bindingsstedet på GABAA-receptoren. Denne binding øger aktiviteten af GABA, og dermed er det muligt, at stofferne har en krampedæmpende effekt. Bindingsforsøgene viste, at R. pyroides var den mest potente af de tre arter. Vi har karakteriseret et råekstrakt af planten i et elektrofysiologisk testsystem, hvor vi måler på det fysiologiske respons i intakt hjernevæv fra mus, hvorved man opnår en funktionel karakterisering af det aktive stof. Forsøgene viste, at råekstraktet dæmper den spontane elektriske aktivitet i vævet, hvilket er en indikation på aktivering af GABA-systemet.
I et kvantitativt studie af planternes indholdsstoffer har vi vist et væsentligt højere indhold af den aktive forbindelse amentoflavon i R. pyroides i forhold til de to andre Rhus arter. Den bedste plante er således blevet udvalgt gennem århundreders anvendelse af de afrikanske medicinmænd.
Effekten af amentoflavon vil nu blive undersøgt i elektrofysiologiske forsøg samt i dyremodeller for epilepsi. Endvidere vil stoffet blive testet for bivirkninger, bl.a. for at afklare, om det virker sløvende, hvilket er en almindeligt forekommende bivirkning ved antiepileptika.
- Screeningsstrategien, hvor de planter medicinmændene anvender udvælges og testes i først in vitro-forsøg og derefter i et elektrofysiologisk test system med intakt hjernevæv.
Fra reagensglas til levende dyr
Efter karakteriseringen testes de aktive stoffer i dyremodeller, hvor vi undersøger effekten på levende forsøgsdyr. Det er nødvendigt at teste potentielle lægemiddelstoffer i dyr, da man ikke altid kan overføre resultaterne fra reagensglassene til den levende organisme.
Mange faktorer har indfl ydelse på lægemiddelstoffer, når de kommer ind i organismen. Fx er hjernen beskyttet af blod-hjernebarrieren, som hindrer mange giftstoffer, men også lægemidler i at trænge ind i hjernen fra blodbanen. Så selvom en kemisk forbindelse ser lovende ud i de indledende undersøgelser i cellekulturer og på væv, er det nødvendigt at undersøge virkningen på dyr.
Den dyremodel, vi anvender til screening af plantestoffer til behandling af epilepsi, er en såkaldt pentylenetetrazol (PTZ)-kindling-model. Stoffet PTZ kan fremkalde kramper i store doser, men i modellen bliver mus flere gange injiceret med en lille dosis, som ikke medfører kramper i starten. Gradvist øges musenes følsomhed, så de efter gentagne injektioner med samme dosis får kramper. Derpå undersøger man om plantestofferne kan modvirke disse kramper.
Modellen er forbedret ved at inkludere en række nye parametre, så der opnås en mere detaljeret viden om teststofferne. PTZ-kindling-modellen menes at kunne forudsige virkningen af lægemiddelkandidater til behandling af partiel kompleks epilepsi, en type af epilepsi hvor op imod 30 procent af patienterne ikke kan behandles med de nuværende lægemidler. Håbet er, at vore undersøgelser af plantestoffer med tiden kan lede til et gennembrud.
Depressive rotter?
Umiddelbart kan det lyde lidt underligt med dyremodeller for depression – for hvordan ser en depressiv rotte ud? Når man vælger en dyremodel, tager man udgangspunkt i en eller flere karakteristika – bestemt adfærd, biokemi eller andet – som ses i det humane sygdomsbillede.
Vi anvender en model, som kaldes Forced Swimming Test, hvor en rotte placeres i et kar med vand, og dens adfærd observeres. En rotte vil søge efter en udgang og undslippe vandet, men vil med tiden ligge opgivende i overfladen og kun bruge energi på at holde hovedet oven vande – en såkaldt immobil adfærd. Det skal dog understreges, at rotterne ikke er ved at drukne.
I modellen korreleres dyrenes immobilitet med den håbløshed, som depressive patienter oplever. Det har vist sig, at en behandling med antidepressive midler forlænger den tid rotten søger efter en udgang. Modellen er prædikativ for antidepressive lægemidler med virkninger på serotoninsystemet og noradrenalinsystemet og er derfor velegnet til at teste plantestofferne.
