tandem-Katalysatoren voor nieuwe geneesmiddelen
Aan de basis van elk efficiënt geneesmiddel liggen moleculen. Wetenschappers voorspellen geregeld veelbelovende nieuwe bouwsteentjes voor deze moleculen, maar de omzetting naar de praktijk is een zeer grote uitdaging en daar loopt het dus vaak mis. Onderzoekers van UAntwerpen bedachten een nieuwe methode gebruikmakend van katalyse. Het kan de ontwikkeling van geneesmiddelen een boost geven.
Veelbelovende moleculen
Geneesmiddelen zijn essentieel voor een kwaliteitsvol en langer leven. Het zijn voor het grootste deel organische moleculen bestaande uit koolstof-, waterstof-, stikstof- en zuurstofatomen. Wetenschappers komen via computermodellen geregeld veelbelovende moleculen op het spoor, maar in de praktijk is de omzetting naar een effectief geneesmiddel helaas heel moeilijk of zelfs onmogelijk te realiseren. Er is dus een grote beperking in wat praktisch toegankelijk is in de zogenaamde ‘chemische ruimte’, bestaande uit alle mogelijke organische moleculen.
De derde dimensie
“Het is te vergelijken met ruimteonderzoek: de ruimte is oneindig groot en we weten slechts over een klein stukje al iets. We hebben echter een sterk vermoeden dat een planeet met leven zoals op de aarde wel degelijk ergens bestaat in de ruimte. Alleen hebben we ze nog niet ontdekt”, vertelt prof. Bert Maes, Collen-Francqui onderzoeksprofessor bij het Departement Chemie op UAntwerpen en woordvoerder van het onderzoeksexcellentieconsortium CASCH.
De geneesmiddelen die we tot dusver kennen, zijn voor een zeer groot deel ‘vlak’ zoals een pannenkoek. Het inzicht dat de derde dimensie essentieel is om de werking en efficiëntie te verbeteren (selectiviteit, oplosbaarheid in water en vetten, stabiliteit) is pas recenter gekomen, wat extra syntheseuitdagingen met zich meebrengt. 3D-geneesmiddelenontwikkeling wordt dus sterk belemmerd door wat in de praktijk mogelijk is om chemisch te maken.
Synthesechemie
Maes: “Dit moet immers in een beperkt aantal stappen kunnen om grote aantallen organische moleculen te synthetiseren die gebaseerd zijn op dezelfde bouwsteen, zogenaamde bibliotheken. Dit kan vergeleken worden met een sleutel (= de bouwsteen) waar de tanden (= decoratie) bepalen welk slot je kan openen. Je hebt een heel groot aantal sleutels nodig met een verschillende decoratie om net de juiste te vinden om je slot (= waar je op inwerkt voor behandeling van de ziekte) te openen. Als het maken van je sleutels niet efficiënt is, vind je nooit de juiste, want je kan er gewoon niet genoeg maken.”
Innovaties vanuit de organische synthesechemie zijn daarom cruciaal en een hoeksteen in moderne geneesmiddelenontwikkeling. Synthesechemie omvat de ontwikkeling van geavanceerde methoden die selectief nieuwe chemische bindingen kunnen maken en breken. In de afdeling Organische Synthese van de Universiteit Antwerpen wordt onderzocht hoe complexe moleculen efficiënt kunnen gemaakt worden, waarbij verschillende bindingen zeer selectief na elkaar worden gevormd in slechts één stap: ‘koken’ voor gevorderden.
Specifieke bindingen
De Antwerpse onderzoekers ontdekten in het laboratorium een nieuwe methode gebaseerd op katalyse. Katalysatoren worden niet verbruikt en kan je dus in zeer kleine hoeveelheden gaan toevoegen om specifieke bindingen te maken en te breken. Katalyse is vandaag cruciaal voor de chemische industrie, waar 90% van de commercieel geproduceerde chemicaliën bereid worden door gebruik te maken van een katalysator. Maes: “Door twee metaalkatalysatoren (palladium en koper) te gaan combineren konden er uit eenvoudige en zeer goed beschikbare grondstoffen in één stap complexe stikstofhoudende moleculen worden bekomen (= gedecoreerde bouwstenen).”
De industrie toont reeds interesse voor de methode. Maes: “We werden al gecontacteerd door bedrijven met concrete vragen.”
Het onderzoeksproject werd mee mogelijk gemaakt dankzij het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek – Vlaanderen (FWO) en haar Waalse tegenhanger FNRS, en kadert in een samenwerking met ULB. Een paper met de onderzoeksresultaten verschijnt in Angewandte Chemie International Edition, een van de meest prestigieuze tijdschriften in het domein van de scheikunde.
Publicatie: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202106716
Cover: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202109132
Bron: UA
