Forskare i Brasilien har förberett modifierade former av de alkaloider som produceras av Uncaria guianensis , en vedartad vinstock med ursprung i Amazonas regnskog.

U. guianensis är en medicinalväxt allmänt känd som kattklo. De naturliga versionerna av alkaloider används ofta för att bekämpa tumörer och inflammation, och de kan hjälpa till att modulera immunsystemet. Forskarna försökte designa terapeutiskt mer potenta kemikalier.

Studien stöddes av São Paulo Research Foundation—FAPESP och utfördes av forskare knutna till University of Ribeirão Preto (UNAERP) och Federal University of São Carlos (UFSCar), båda i delstaten São Paulo. Resultaten publiceras i Vetenskapliga rapporter .

Alkaloider, som är organiska föreningar som produceras av växter eller mikroorganismer, har länge använts inom medicin. Ett exempel är morfin, som utvinns från opiumvallmo ( Papaver somniferum ).

Nyligen genomförda studier har visat att mindre förändringar i den kemiska strukturen hos vissa alkaloider kan förbättra deras terapeutiska effekter. Fluorovinblastin, till exempel, resultat av tillsats av fluor till vinblastins kemiska struktur, en naturlig alkaloid som produceras av rosensnäckan ( Catharanthus roseus ).

Amerikanska forskare har visat att fluorovinblastins antitumöraktivitet är 30 gånger mer potent än den naturliga substansen.

"När vi jämförde strukturen av vinblastin och av alkaloiderna från U. guianensis , vi hittade mycket liknande biosyntetiska vägar. En av modifieringarna vi gjorde var därför liknande:vi ersatte en fluoratom för ett väte i den aromatiska ringen [en liten del av molekylens struktur], sade Adriana Aparecida Lopes, en professor vid UNAERP:s Biotechnology Unit och första författare till artikeln.

Resultatet av denna lilla modifiering var en ny alkaloid som heter 6-fluoro-isomitrafyllin, som har tre aromatiska väten och en fluor istället för den naturliga alkaloidens fyra aromatiska väten. Forskarna producerade också en analog som kallas 7-metyl-isomitrafyllin genom att ersätta en metylgrupp för ett aromatiskt väte.

Forskningen stöddes av FAPESP via ett Young Investigator Grant och ett vanligt forskningsanslag under São Paulo Researchers in International Collaboration-programmet.

Ett projekt som fortsätter forskningen har just valts ut i en ansökningsomgång som utfärdats gemensamt av FAPESP; det nationella rådet för statliga finansieringsorgan (CONFAP); det nationella rådet för vetenskaplig och teknisk utveckling (CNPq, en byrå från den brasilianska regeringen); och Europeiska forskningsrådet (ERC).

Det nya projektet kommer att genomföras i samarbete med Sarah O;Connor, Direktör för Max Planck-institutet för kemisk ekologi i Tyskland.

Laboratorieanläggningar

Modifieringar gjordes på alkaloiderna med användning av U. guianensis egna metabola vägar. Plantor (unga plantor) som inte var mer än 15 cm höga odlades i laboratoriet och matades med vatten och näringsämnen. Prekursorer för de naturliga alkaloiderna med små modifieringar av deras strukturer sattes till detta flytande medium.

"Detta protokoll kallas prekursor-riktad biosyntes, " förklarade Lopes. "Syntesen görs av växten. Jag förser den med en analog nyckelmellanled [precursor], som fångas upp och förs in i sin metaboliska väg, bildar en ny alkaloid. Detta är "grön kemi, "helt fritt från lösningsmedel eller reagens, och använder ett plantsystem in vitro."

Plantorna odlades i 30 dagar och extraherades sedan. Extrakten utsattes för olika typer av vätskekromatografi och masspektrometri för att identifiera de ämnen som finns i extraktet baserat på deras motsvarande joner. Efter denna karaktärisering, kemiska (kromatografiska) processer användes för att isolera alkaloidanalogerna.

De två nya alkaloidanalogerna modifierade med fluor och metylgrupper analyserades med kärnmagnetisk resonans (NMR) spektroskopi för att bekräfta deras kemiska struktur.

Med denna metod, ungefär ett till två milligram av de nya alkaloiderna erhölls. Nästa steg kommer att innebära att öka produktionen. Att göra så, det kommer att vara nödvändigt att tysta produktionen av de naturliga alkaloiderna av växten, eftersom forskarna vill att anläggningen endast ska producera den fluorerade versionen i deras laboratorium.

"Vi måste tysta enzymet TDC, som finns i växtens ämnesomsättning och omvandlar aminosyran tryptofan till tryptamin. Anläggningen kommer att sluta producera naturligt tryptamin och kommer endast att producera den modifierade versionen, sa Lopes.

Teamet förväntar sig den terapeutiska effekten av de nya föreningarna som erhålls från U. guianensis använda prekursor-riktad biosyntes för att vara mer potent än de som produceras naturligt av växten.