Jagten på tempeltræets hemmelighed
Ekstrakt af tempeltræets blade er verdens mest solgte naturlægemiddel og påstås at afhjælpe demens og andre sygdomme i hjernen. Ved at studere unikke stoffer i ekstraktet forsøger forskere på DFU at opklare, hvordan stofferne virker i hjernen. Målet er at udvikle stoffer, der virker bedre end de naturlige.
Verdens mest solgte naturlægemiddel er ekstrakt fra træet Ginkgo biloba, også kaldet tempeltræet. G. biloba-ekstrakt bruges især i mange europæiske lande, hvor det udskrives til at afhjælpe symptomer på demens, især Alzheimers sygdom, og en række kliniske studier har antydet, at ekstraktet rent faktisk har en vis effekt. Den påståede positive virkning på almindelige menneskers hukommelse er formentlig mere tvivlsom.
Ved anvendelse af naturlægemidlet indtager man en kompleks blanding af mange forskellige stoffer. Ekstraktet er standardiseret efter to typer af kemiske forbindelser, flavonider og terpentrilaktoner, og man formoder, at det er netop disse to stofgrupper, der har afgørende betydning for effekten. Terpentrilaktonerne er en gruppe af stoffer, der er unikke for G. biloba og ikke findes andre steder i planteriget. Derimod forekommer flavoniderne i en lang række planter, og man ved, at de kan have gavnlige virkninger, f.eks. som antioxidanter. Men det er højst usikkert, om flavonider trænger ind i hjernen, hvilket naturligvis er en forudsætning for at kunne have effekt i hjernen.
Der er stor interesse for at forstå, hvorfor og hvordan G. biloba-ekstrakt virker og for at udvikle lægemidler baseret på indholdsstofferne. Da der er forholdsvis gode indikationer for, at terpentrilaktonerne er helt eller delvis ansvarlige for G. bilobas terapeutiske effekt, er disse stoffer et godt sted at starte. Der er to grundlæggende spørgsmål, som må afklares, hvis man skal sandsynliggøre, at terpentrilaktoner er involveret i G. bilobas effekt på sygdomme i hjernen: Først og fremmest må man vise, at stofferne rent faktisk trænger ind i hjernen. Dernæst må man afklare, hvordan de påvirker hjernens funktion, f.eks. ved at ændre nervecellernes omsætning af signalstoffer. At besvare de to spørgsmål var målet for et forskningsprojekt, der blev udført i samarbejde med Kemisk Institut på Columbia University i New York.
Verdens ældste træ
Tempeltræet er verdens ældste træ, som har vokset på Jorden gennem mere end 250 millioner år. Brugen af Ginkgo biloba-ekstrakt til medicinsk behandling blev allerede beskrevet i kinesiske lægebøger for over 3000 år siden. I dag vokser der mere end 50 millioner tempeltræer verden over, specielt i Kina, Frankrig og USA. De producerer hvert år omkring 8000 tons tørrede blade, der bruges til at fremstille ekstrakt. Et standardiseret ekstrakt indeholder 6 procent terpentrilaktoner og 24 procent flavonider. Ekstrakter markedsføres blandt andet under navnene Tanakan (Frankrig) og Rökan (Tyskland).
I Tyskland bliver Ginkgo biloba-ekstrakt ordineret til behandling af forskellige lidelser relateret til hukommelse og demens.
Ind i hjernen
Det er ofte et stort problem at få lægemiddelstoffer transporteret ind i hjernen, fordi naturen har været så snedig at danne den såkaldte blod-hjernebarriere, der forhindrer fremmede stoffer i at trænge ind hjernen. Barrieren kan dog overskrides på forskellig vis, bl.a. mener man, at stoffer, som er meget fedtopløselige, nemmere trænger over blod-hjernebarrieren end mere vandopløselige stoffer. Når man vil undersøge, om bestemte stoffer trænger ind i hjernen, fremstiller man en radioaktivt mærket version af stoffet. Det radioaktivt mærkede stof gives til forsøgsdyr, og derefter kan man undersøge, om radioaktiviteten findes i hjernen.
Vi designede nu to forskellige radioaktive versioner af terpentrilaktoner, hvor mærkningen blev foretaget med tritium (3H) og fluor-18 (18F), som er radioaktive versioner af brint og fluor. De to radioaktive atomer har vidt forskellige egenskaber, som gør, at de hver for sig kan besvare basale spørgsmål om stoffernes skæbne i kroppen. Tritium, som har en lang halveringstid på 12 år, er velegnet til at påvise radioaktiviteten ved obduktion efter aflivning. Flour-18 har en kort halveringstid på 110 minutter og kan bruges til undersøgelser af den levende hjerne ved hjælp af PET scanning (Positron Emission Tomografi).
Udgangspunktet for syntesen var en af de naturlige terpentrilaktoner, ginkgolid C, som blev omdannet til et mellemprodukt. I mellemproduktet kunne både tritium og fluor-18 introduceres i molekylet, og de to radioaktive versioner af ginkgolidet blev fremstillet. Stofferne blev injiceret i rotter, som blev aflivet på forskellige tidspunkter efter injektionen. Derefter blev de forskellige dele af kroppen, især hjernen, analyseret for spor af radioaktivitet. En fraktion af de radioaktive stoffer trængte over blod-hjernebarrieren, selv om stofferne blev fundet i de største mængder i nyren og leveren.
Studierne viste præcist, hvor i hjernen stofferne fandtes. Så på spørgsmålet om terpentrilaktoner trænger ind i hjernen, kan vi nu svare: Ja, det gør de!
Påvirkning af signalstoffer
- For at undersøge om terpen-trilaktoner fra Ginkgo biloba trænger ind i hjernen, blev to forskellige radioaktive versioner af de naturlige stoffer fremstillet. Startende fra det naturlige ginkgolid C blev et mellemprodukt lavet, hvorfra begge radioaktive stoffer kunne fremstilles.
Tidligere studier havde indikeret, at terpentrilaktoner påvirker de signalstoffer i hjernen, som dæmper kommunikationen mellem nerveceller; specifikt gamma-aminosmørsyre (GABA) og glycin. Begge signalstoffer kontrollerer åbning og lukning af ionkanaler i nervecellernes receptorer for stofferne.
Flere lægemidler påvirker GABA-receptoren, mens man ved væsentligt mindre om glycinreceptoren. Giftstoffet stryknin er dog kendt for at blokere receptoren, og man ved at receptoren spiller en rolle i forskellige arvelige sygdomme. På det seneste har det vist sig, at glycinreceptoren også er involveret følelsen af smerte.
For at undersøge om terpentrilaktoner har en effekt på GABA- og glycinreceptorer, brugte vi dele af rottehjerner, hvor disse receptorer findes. Terpentrilaktoner blev tilsat, og vi målte aktiviteten i receptorerne. Det viste sig, at terpentrilaktonerne blokerede glycinreceptorerne ved at binde nede i selve ionkanalen og fungere som en prop, der lukker kanalen.
Dermed var terpentrilaktoners første direkte effekt på vigtige signalstoffer i hjernen påvist, men betydningen af blokeringen af glycinreceptorer i relation til behandling af sygdomme i hjernen er langtfra klarlagt.
Nye stoffer og testmetoder
Hvis man vil udvikle lægemidler baseret på terpen trilkatoner fra G. biloba, er det nødvendigt at forstå, hvilke dele af stoffet der er nødvendige for aktiviteten. Samtidig er det absolut ikke sikkert, at det naturlige stof isoleret fra G. biloba virker optimalt.
Derfor er det nødvendigt at ændre på stoffet og undersøge, hvad ændringerne betyder for aktiviteten på receptoren. Derfor har vi fremstillet op mod 70 forskellige terpentrilaktoner. De nye stoffer syntetiseres ud fra de naturlige stoffer og derefter analyseres stofferne for deres aktivitet på receptoren ved hjælp af et testsystem, der hurtigt og effektivt kan give svar på stoffernes aktivitet. Foreløbigt har det vist sig at være svært at forbedre aktiviteten af de naturlige stoffer, men det har været muligt at forsimple den relativt komplicerede struktur og samtidig bevare aktiviteten.
Da glycinreceptoren er involveret i en række arvelige sygdomme og i smerte, kan man forestille sig, at terpentrilaktonerne kan bruges til behandling af disse sygdomme. Samtidig kan stofferne bruges som værktøjer til at skabe ny forståelse for glycinreceptorernes funktion og derved bane vej for udvikling af nye lægemidler.
