Hurtige genveje til nye lægemidler
Livsstilssygdomme som sukkersyge og hjerte-karsygdomme rammer nu selv unge mennesker, og forekomsten af aldersbetingede lidelser stiger. Samtidig skaber resistente bakterier øget risiko for at dø af infektioner. Derfor er der akut behov for hurtig udvikling af nye lægemidler.
Af Jerzy W. Jaroszewski, Henrik Franzyk og Christian Adam Olsen.
Fra Lægemiddelforskning 2003
Forekomsten af livsstilssygdomme som fedme, sukkersyge og hjerte-karsygdomme stiger, og sygdommene rammer nu også relativt unge mennesker. Samtidig medfører den stadigt højere gennemsnitlige levealder, at flere og flere lider af alderdomsbetingede sygdomme.
Især sygdomme i centralnervesystemet er blevet et stort sundhedsproblem, som forringer livskvaliteten for mange ældre og øger udgifterne i sundhedssektoren. Sygdommene medfører nedsatte motoriske evner som i Parkinsons syge, senil demens som i Alzheimers syge eller følelsesrelaterede lidelser som depression.
Årsagen til sygdommene er oftest fejl eller svigt i syntese, lagring, udskillelse og nedbrydning af signalstoffer i hjernen og rygmarven.
Samtidig stiger risikoen for, at infektionssygdomme som tuberkulose igen bliver dødelige, fordi bakterierne udvikler resistens overfor den medicin, der kendes i dag. Der er således et akut behov for hurtig udvikling af helt nye lægemidler samt for forbedringer af de eksisterende typer af medicin.
Hurtig syntese og screening
Omkring 30 procent af alle lægemidler har deres oprindelse i naturstoffer fra mikroorganismer, planter eller dyr. I forskningsfeltet bioorganisk kemi kombineres isolering af nye naturstoffer med moderne organisk-kemiske syntesemetoder. På den måde kan man finde og udvikle nye biologisk aktive stoffer, som kan bruges til udvikling af nye lægemidler og til at opnå vigtig viden om biokemiske processer i organismen.
I det sidste årti har medicinalindustrien for alvor effektiviseret den kemiske del af lægemiddeludviklingen. Et lysende eksempel er kemisk syntese på overfladen af faste partikler - en metode, som er blevet en vigtig metode til hurtig fremstilling af et stort antal lægemiddelkandidater.
Samtidig er der udviklet screeningsmetoder, hvor automatisering i form af robotter og computerstyrede processer gør det muligt at undersøge store biblioteker af enkeltstoffer på meget kort tid.
Normalt testes stofferne på intakte celler eller på cellekomponenter som enzymer eller receptorer. En receptor er typisk et protein i cellemembranen, som lægemidlet binder sig til, hvilket skaber et respons i cellen. Ved screeningen kan man hurtigt se, hvordan nye lægemiddelstoffer vekselvirker med deres mål i organismen.
- Fast-fase syntese i laboratoriet.
Fra naturstoffer til lægemidler
I naturstofgruppen på DFU videreudvikler vi de nævnte syntesemetoder. Udgangspunktet er naturstoffer, som gennemgår en medicinalkemisk udviklingsproces for at fremstille nye stoffer med den rette selektivitet og dermed minimale bivirkninger.
Der er mange eksempler på, hvordan det er lykkedes at forfine naturstoffer. Metadon til afvænning af narkomaner er fremstillet med udgangspunkt i morfin, mens kinin fra kinabark har givet os stoffet klorokin, som er den mest brugte medicin til behandling af malaria. Desuden har videreudvikling af penicillin isoleret fra mikroorganismer ført frem til en lang række semisyntetiske penicilliner med stærkt forbedrede egenskaber.
Netop nu forsker vi intenst på en videreudvikling af visse hvepsegiftstoffer, som i øvrigt har en stor strukturel lighed med giftstoffer fra edderkopper. Stofferne er farmakologisk interessante i forbindelse med udvikling af lægemidler til at modvirke den fremadskridende nervedød i Alzheimers syge og Parkinsons syge.
Nervedøden skyldes bl.a. overaktivitet i nogle af nervecellernes signalsystemer, hvilket giftstofferne kan dæmpe i forsøg med cellekulturer.
Som udgangspunkt bruger vi philanthotoksinet PhTX-433, der er opbygget af en lang polyaminkæde, aminosyren tyrosin, samt en smørsyrerest. Stoffets lineære struktur gør det velegnet til kombinatorisk parallelsyntese på overfladen af faste partikler.
- A: Resinbundet sulfonamid (aktiveret aminderivat) forlænges med dialkohol byggesten under Mitsunobu-betingelser. B: Resinbundet alkoholgruppe forlænges med en diaminbyggesten (Ns-NH-(CH2)4-NHTeoc, Ns = nitrobenzenesulfonamid, Teoc = beskyttelsesgruppe). Bemærk, at de to tertiære sulfonamider herefter fungerer som beskyttelsesgrupper. C: Teoc-gruppen fjernes, og tyrosinbyggestenen kobles (Fmoc og But = beskyttelsesgrupper). D: Fmoc-gruppen fjernes og smørsyre-byggestenen kobles. E: Afbeskyttelse af Ns-grupperne. F: Endelig afbeskyttelse og kløvning fra resin giver toksinet (PhTX-433).
Nye selektive stoffer
- Fastfase-syntese adskiller sig fra almindelig syntese i opløsning ved, at udgangsstoffet via et kemisk bindeled kobles til uopløselige, porøse, kugleformede partikler med diametre på mellem 0,1 og 0,4 millimeter.
Målmolekylet opbygges trinvis ved hjælp af et antal kemiske byggesten. Da målmolekylet stadig er bundet til partiklerne, kan
De naturlige giftstoffers funktion er at lamme eller dræbe mange forskellige byttedyr, så deres farmakologiske effekt er meget uspecifik, mens lægemidler skal være meget selektive for at opnå en præcis terapeutisk effekt.
Syntese af toksinanaloger medfører et behov for at udvikle metoder til opbygning af polyaminkæden og til at binde de forskellige dele af molekylet sammen. Målet er at udforske syntetiske analogers effekter på forskellige typer receptorer på humane nerveceller. Vi har nu syntetiseret adskillige nye stoffer med en ændret struktur af såvel polyamindelen som aminosyredelen og acylgruppen. Forskningen har allerede resulteret i nye toksiner med særligt lovende evner til selektivt at hindre overstimulering af nerveceller. Dette opnås ved at blokere receptorer for en bestemt type signalstoffer.
Med de nyudviklede syntesemetoder vil det være muligt at opnå en stor strukturdiversitet inden for denne type toksiner, hvilket forøger chancen for at finde nye højpotente og selektive stoffer med mulige anvendelser som lægemidler til behandling af sygdomme i centralnervesystemet.
Kombinatorisk parallelsyntese
Kombinatorisk parallelsyntese er en metode til effektiv fremstilling af et stort antal lægemiddelstoffer, og metoden kan anvendes til systematisk opbygning af store stofbiblioteker. F.eks. kan man med udgangspunkt i de 20 naturlige aminosyrer fremstille et bibliotek af peptider med tre aminosyrer. Kombinatorisk set kan der dannes 20 × 20 × 20 forskellige tripeptider; i alt 8000.
Syntesen finder sted i en reaktor med 20 små brønde. Først kobles de 20 aminosyrer hver for sig til faste partikler ved hjælp af et bindeled. Derefter blandes alle kuglerne sammen og fordeles igen i brøndene. I næste trin kobles et nyt sæt byggesten på kuglerne i hver sin brønd, og når proceduren gentages, vil det give de i alt 8000 forskellige peptider med tre aminosyrer. Den trinvise opbygning af målmolekylerne kan være mere eller mindre automatiseret.
Under syntesen anvendes beskyttelsesgrupper, som bindes til funktionelle grupper, der ikke skal deltage i de reaktioner, der opbygger målmolekylet. Nogle beskyttelsesgrupper fjernes igen undervejs i syntesen for at frigøre en funktionel gruppe, der skal deltage i en efterfølgende reaktion. Ud over beskyttelsesgrupper anvender man aktiverende grupper og reagenser, som fremmer den ønskede reaktion.
