Chemiker nutzen Sauerstoff- und Kupferscheren, um kostengünstigere medikamentöse Behandlungen zu ermöglichen

Medikamente zur Behandlung von Krebs sind oft sehr teuer in der Herstellung, was zu hohen Kosten für die Patienten führt, die sie benötigen. Dank der bahnbrechenden Forschung von Chemikern der UCLA unter der Leitung von Ohyun Kwon, Professor für organische Chemie, könnten die Preise für medikamentöse Behandlungen von Krebs und anderen schweren Krankheiten bald sinken.

Eine Chemikalie, die beispielsweise in einigen Krebsmedikamenten verwendet wird, kostet Pharmaunternehmen 3.200 US-Dollar pro Gramm – 50-mal mehr als ein Gramm Gold. Die UCLA-Forscher entwickelten eine kostengünstige Möglichkeit, dieses Arzneimittelmolekül aus einer Chemikalie herzustellen, die nur 3 US-Dollar pro Gramm kostet. Sie konnten das Verfahren auch zur Herstellung vieler anderer in der Medizin und Landwirtschaft verwendeter Chemikalien zu einem Bruchteil der üblichen Kosten anwenden.

Dieses Kunststück, in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft, beinhaltet einen Prozess, der als „Aminodealkenylierung“ bekannt ist. Mithilfe von Sauerstoff als Reagens und Kupfer als Katalysator brachen die Forscher die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen vieler verschiedener organischer Moleküle auf, ersetzten diese Bindungen durch Kohlenstoff-Stickstoff-Bindungen und wandelten die Moleküle in Ammoniakderivate, sogenannte Amine, um.

Da Amine stark mit Molekülen in lebenden Pflanzen und Tieren interagieren, werden sie häufig in Pharmazeutika und Agrarchemikalien eingesetzt. Bekannte Amine sind Nikotin, Kokain, Morphin und Amphetamin sowie Neurotransmitter wie Dopamin. Auch Düngemittel, Herbizide und Pestizide enthalten Amine.

Die industrielle Produktion von Aminen ist daher von großem Interesse, allerdings sind die Rohstoffe und Reagenzien oft teuer und die Prozesse können viele komplizierte Schritte erfordern. Mit weniger Schritten und ohne teure Inhaltsstoffe kann das an der UCLA entwickelte Verfahren wertvolle Chemikalien zu deutlich geringeren Kosten herstellen als aktuelle Methoden.

„Das hat es noch nie gegeben“, sagte Kwon. „Bei der traditionellen Metallkatalyse werden teure Metalle wie Platin, Silber, Gold und Palladium sowie andere Edelmetalle wie Rhodium, Ruthenium und Iridium verwendet. Wir verwenden jedoch Sauerstoff und Kupfer, eines der am häufigsten vorkommenden unedlen Metalle der Welt.“

Die neue Methode verwendet eine Form von Sauerstoff namens Ozon, ein starkes Oxidationsmittel, um die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung in Kohlenwasserstoffen, sogenannten Alkenen, aufzubrechen, und einen Kupferkatalysator, um die aufgebrochene Bindung mit Stickstoff zu koppeln und das Molekül in ein Amin umzuwandeln. In einem Beispiel stellten die Forscher einen c-Jun-N-terminalen Kinase-Inhibitor – ein Krebsmedikament – ​​in nur drei chemischen Schritten her, statt der zuvor erforderlichen 12 oder 13 Schritte. Die Kosten pro Gramm können so von Tausenden Dollar auf nur wenige Dollar gesenkt werden.

In einem anderen Beispiel erforderte das Protokoll nur einen Schritt, um Adenosin – einen Neurotransmitter und DNA-Baustein, der weniger als 10 Cent pro Gramm kostet – in das Amin N6-Methyladenosin umzuwandeln. Das Amin spielt eine entscheidende Rolle bei der Kontrolle der Genexpression in Zell-, Entwicklungs- und Krankheitsprozessen und seine Produktionskosten lagen bisher bei 103 US-Dollar pro Gramm.

Kwons Forschungsgruppe konnte Hormone, pharmazeutische Reagenzien, Peptide und Nukleoside in andere nützliche Amine umwandeln und zeigte damit das Potenzial der neuen Methode, zu einer Standardproduktionstechnik in der Arzneimittelherstellung und vielen anderen Branchen zu werden.