Den naturliga världen, med all dess mångfald, är en populär plats för forskare att leta efter nya läkemedel, inklusive de som bekämpar cancer.

Men det är ofta ett stort gap mellan att hitta en växt, svamp, eller bakterie som innehåller en läkemedelskandidat, och faktiskt föra ut ett läkemedel på marknaden. Kanske spolas substansen ut ur människokroppen för snabbt för att vara effektiv. Eller så kanske det visar sig att du måste mala upp ett ton odlade havssprutor bara för att få ett enda gram av drogen.

Av den anledningen, Det är vanligtvis mer meningsfullt att identifiera en förening med potentiella medicinska egenskaper och sedan göra den i labbet, istället för att förlita sig på organismer. Ofta, forskare tittar på de naturliga processerna som skapar föreningarna för inspiration när de utvecklar syntetiska analoger. Även om denna "biomimetiska" metod fungerar, det har vissa begränsningar. I mer än 10 år, Caltechs Brian Stoltz har letat efter ett bättre tillvägagångssätt, och nu har han hittat den.

I december, Stoltz och hans forskargrupp meddelade att de hade utvecklat en ny syntetisk metod för att skapa två föreningar som har potentialen att bli potenta läkemedel mot cancer. Föreningarna, jorumycin och jorunnamycin A, finns naturligt bara i kropparna av en svartvit havssnigel som lever i Indiska oceanen.

Båda dessa föreningar är baserade kring en ryggradsmolekyl som kallas bis-THIQ (bis-tetrahydroisokinolin). I 40 års forskning om bis-THIQ-föreningar, endast en har framgångsrikt förts in i en klinisk miljö, säger Stoltz. Han hoppas att produktionsmetoden som utvecklats i hans labb kan ändra på det.

"Vi har nu en syntes som kommer att låta oss göra helt nya föreningar, " säger han. "Det kommer att göra det möjligt för oss att göra en del riktigt intressant forskning om drogupptäckt."

Produktionsmetoden är komplex, involverar användning av ämnen som kallas övergångsmetallkatalysatorer, men består i huvudsak av att lägga till väteatomer till en enklare molekyl i en serie steg. Tillsatsen av varje väteatom gör att molekylen viker sig längre in i sig själv. När den är helt vikt, molekylen är formad på ett sätt som gör den benägen att binda till och skada DNA-molekyler. Läkemedel som skadar DNA kan verka kontraintuitiva, men de är användbara för att rikta in sig på cancerceller. Eftersom cancerceller förökar sig snabbare än friska celler, de behöver replikera sitt DNA oftare, och är följaktligen mycket känsligare för DNA-skador.

Många föreningar kan skada DNA, men tricket är att utveckla dem till mediciner som är tillräckligt giftiga för att döda cancerceller, men inte så skadliga att de dödar de friska cellerna också. Den idealiska medicinen kommer att stanna i människokroppen tillräckligt länge för att ha en terapeutisk effekt, men inte längre än cirka 24 timmar.

Att skräddarsy en förening för att ha de egenskaper som gör den till ett effektivt läkemedel kan göras genom att välja vad Stoltz kallar "handtag" - de olika atomerna och grupperna av atomer som sticker av den molekylära ryggraden. Genom att välja specifika handtag att sätta på en blandning, forskare kan ge den de egenskaper de önskar.

Det är här Stoltz produktionsmetod lyser. Vissa handtag stör biologiskt inspirerade synteser av bis-THIQ-föreningar, men nästan alla handtag fungerar med Stoltz metod, han säger.

"Det tog oss 10 år att komma hit, men nu kan vi göra nya analoger om en vecka, " han säger.

Stoltz säger Eric Welin, en postdoc i detta forskarteam, förtjänar mycket av äran för att förfina syntesen till en elegant lösning.

"Det var hans kreativitet, kör, och beslutsamhet som drev detta framåt, " säger Stoltz. "Det fanns ett sätt vi kunde ha avslutat det här projektet som skulle ha varit en B-plus lösning på problemet, men han tryckte på för A-plus-versionen. Eric insisterade på att utveckla en metod som kan producera antingen "vänsterhänta" eller "högerhänta" versioner av de slutliga föreningarna efter behag, snarare än den normala 50/50-blandningen av båda. Det är lite som att vända ett mynt och få det att alltid landa på huvudena."

Han krediterade också en annan medlem av sitt forskarlag, doktorand Aurapat "Fa" Ngamnithiporn, med att göra mycket av det laboratoriearbete som krävs för att utföra den slutliga syntesen, och att fortsätta att producera nya icke-naturliga analoger.

Ytterligare forskning kommer att fokusera på att använda syntesen för att utveckla läkemedelskandidater i samarbete med Dennis Slamon, en onkolog vid UCLA.

Tidningen som beskriver deras fynd, med titeln "Koncis totalsyntes av (–)-jorunnamycin A och (–)-jorumycin möjliggörs av asymmetrisk katalys, " visas i numret av 20 december Vetenskap .