Die Erfindung eines Werkzeugs, mit dem sich bislang unmögliche organische chemische Reaktionen durchführen lassen, hat der Pharmaindustrie neue Wege eröffnet, um schneller wirksame Medikamente zu entwickeln.
Traditionell werden die meisten Medikamente aus Molekülfragmenten, sogenannten Alkylbausteinen, zusammengesetzt. Dabei handelt es sich um organische Verbindungen, die in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden können. Da es jedoch schwierig sein kann, verschiedene Arten dieser Verbindungen zu etwas Neuem zu kombinieren, ist diese Herstellungsmethode insbesondere bei komplexen Medikamenten begrenzt.
Um dieses Problem zu lösen, berichtet ein Team von Chemikern von der Entdeckung eines bestimmten Typs eines stabilen Nickelkomplexes, einer chemischen Verbindung, die ein Nickelatom enthält.
Da diese Verbindung direkt aus klassischen chemischen Bausteinen hergestellt und leicht isoliert werden kann, können Wissenschaftler sie mit anderen Bausteinen auf eine Weise mischen, die den Zugang zu einem neuen chemischen Raum verspricht, sagte Christo Sevov, der leitende Forscher der Studie und außerordentlicher Professor für Chemie und Biochemie an der Ohio State University.
„Es gibt eigentlich keine Reaktionen, die die Bindungen, die wir jetzt mit diesen Alkylfragmenten konstruieren, sehr zuverlässig und selektiv aufbauen können“, sagte Sevov. „Indem wir die Nickelkomplexe als temporäre Kappen an sie anheften, haben wir herausgefunden, dass wir dann alle möglichen anderen Alkylfragmente annähen können, um nun neue Alkyl-Alkyl-Bindungen zu bilden.“
Der Studie ist veröffentlicht in Natur.
Im Durchschnitt kann es ein Jahrzehnt dauern, bis ein Medikament erfolgreich auf den Markt gebracht werden kann. Während dieser Zeit entwickeln Wissenschaftler auch Tausende von erfolglosen Medikamentenkandidaten, was einen ohnehin schon extrem teuren und zeitintensiven Prozess noch komplizierter macht.
Obwohl Nickelalkylkomplexe für Chemiker bisher schwer zu finden waren, hat Sevovs Team mithilfe einer einzigartigen Kombination aus organischer Synthese, anorganischer Chemie und Batteriewissenschaft einen Weg gefunden, ihre erstaunlichen Fähigkeiten freizusetzen. „Mit unserem Tool können Sie viel selektivere Moleküle für Ziele erhalten, die möglicherweise weniger Nebenwirkungen für den Endverbraucher haben“, sagte Sevov.
Während herkömmliche Methoden zum Aufbau eines neuen Moleküls aus einer einzigen chemischen Reaktion sehr zeit- und arbeitsintensiv sein können, könnten Forscher laut der Studie mit ihrem Tool problemlos bis zu 96 neue Arzneimittelderivate in der Zeit herstellen, die normalerweise für die Herstellung eines einzigen Derivats erforderlich wäre.
Im Wesentlichen wird diese Fähigkeit die Markteinführungszeit lebensrettender Medikamente verkürzen, die Wirksamkeit der Medikamente erhöhen und gleichzeitig das Risiko von Nebenwirkungen senken sowie die Forschungskosten senken, sodass Chemiker sich auf schwere Krankheiten konzentrieren können, die kleinere Gruppen betreffen, sagen die Forscher. Solche Fortschritte ebnen Wissenschaftlern auch den Weg, die Bindungen zu untersuchen, die die Grundlagen der Chemie bilden, und mehr darüber herauszufinden, warum diese anspruchsvollen Bindungen funktionieren, sagte Sevov.
Das Team arbeitet außerdem bereits mit Wissenschaftlern zahlreicher Pharmaunternehmen zusammen, die ihr Tool nutzen möchten, um zu sehen, wie es sich auf ihre Arbeitsabläufe auswirkt. „Sie sind daran interessiert, Tausende von Derivaten herzustellen, um die Struktur und Leistung eines Moleküls zu optimieren. Deshalb haben wir uns mit den Pharmaunternehmen zusammengetan, um die Leistungsfähigkeit des Tools wirklich zu erforschen“, sagte Sevov.
Das Team hofft, sein Werkzeug weiter ausbauen zu können und die chemische Reaktion schließlich in einen katalytischen Prozess umzuwandeln. Mit dieser Methode könnten Wissenschaftler andere chemische Reaktionen auf energiesparende Weise beschleunigen.
„Wir arbeiten daran, es viel effizienter zu machen“, sagte Sevov.
Weitere Informationen:
Samir Al Zubaydi et al, Reduktive Alkyl-Alkyl-Kupplung aus isolierbaren Nickel-Alkyl-Komplexen, Natur (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07987-9