Forskare från Stanford University har upptäckt ett snabbt och hållbart sätt att syntetiskt producera en lovande cancerbekämpande substans direkt i labbet. Föreningens tillgänglighet har varit begränsad eftersom dess enda kända naturliga källa för närvarande är en enda växtart som endast växer i en liten regnskogsregion i nordöstra Australien.

Föreningen, betecknad EBC-46 och tekniskt kallad tigilanoltiglat, verkar genom att främja ett lokaliserat immunsvar mot tumörer. Svaret bryter isär tumörens blodkärl och dödar i slutändan dess cancerceller. EBC-46 gick nyligen in i kliniska prövningar på människor efter dess extremt höga framgångsfrekvens vid behandling av en typ av cancer hos hundar.

Med tanke på dess komplexa struktur hade dock EBC-46 verkat syntetiskt otillgänglig, vilket betyder att det inte verkade finnas någon rimlig väg för att tillverka den praktiskt taget i ett laboratorium. Men tack vare en smart process demonstrerade Stanford-forskarna för första gången hur man kemiskt omvandlar ett rikligt växtbaserat utgångsmaterial till EBC-46.

Som en bonus kan denna process producera EBC-46 "analoger" - föreningar som är kemiskt lika, men som kan visa sig vara ännu mer effektiva och potentiellt behandla ett förvånansvärt brett spektrum av andra allvarliga sjukdomar. Dessa sjukdomar, som inkluderar AIDS, multipel skleros och Alzheimers sjukdom, delar alla biologiska vägar som påverkas av EBC-46:s mål, ett nyckelenzym som kallas proteinkinas C eller PKC.

"Vi är mycket glada över att rapportera den första skalbara syntesen av EBC-46", säger Paul Wender, Francis W. Bergström-professor vid School of Humanities and Sciences, professor i kemi och, av artighet, i kemi- och systembiologi vid Stanford , och motsvarande författare till en studie som beskriver resultaten i tidskriften Nature Chemistry . "Att kunna göra EBC-46 i labbet öppnar verkligen för enorma forsknings- och kliniska möjligheter."

Medförfattare till studien är Zachary Gentry, David Fanelli, Owen McAteer och Edward Njoo, som alla är Ph.D. studenter i Wenders labb, tillsammans med tidigare medlemmen Quang Luu-Nguyen.

Wender förmedlade den enorma tillfredsställelse som forskargruppen kände över EBC-46-syntesgenombrottet. "Om du skulle ha besökt labbet de första veckorna efter att de lyckades," sa Wender, "du skulle ha sett mina fantastiska kollegor le från öra till öra. De kunde göra något som många ansåg vara omöjligt."

Från en avlägsen region

Tigilanoltiglate dök till en början upp genom en automatisk screeningprocess för läkemedelskandidater av QBiotics, ett australiensiskt företag. I naturen uppträder föreningen i fröna av den rosa frukten av rödskogsträdet, Fontainea picrosperma. Pungdjur som muskiga råttkängurur som äter röda frukter undviker de tigilanoltiglatrika fröna, som vid intag utlöser kräkningar och diarré.

Att injicera mycket mindre doser av EBC-46 direkt i vissa solida tumörer modifierar den cellulära signaleringen av PKC. Specifikt föreslås EBC-46 aktivera vissa former av PKC, som i sin tur påverkar aktiviteten hos olika proteiner i cancercellerna, vilket lockar till sig ett immunsvar från värdens kropp. Den resulterande inflammationen gör att tumörens kärl (blodkärl) läcker, och denna blödning gör att tumörtillväxten dör. I fallet med yttre, kutana maligniteter, tumörerna sårskorpa och faller av, och sätt att leverera EBC-46 till inre tumörer undersöks.

År 2020 godkände både European Medicines Agency och Food and Drug Administration i USA en EBC-46-baserad medicin, såld under varumärket Stelfonta, för att behandla mastcellscancer, de vanligaste hudtumörerna hos hundar. En studie visade en botningsfrekvens på 75 % efter en enda injektion och 88 % efter en andra dos. Kliniska prövningar har sedan dess inletts för hud-, huvud- och halscancer och cancer i mjukvävnad hos människor.

Baserat på dessa framväxande forskning och kliniska behov i kombination med källfrönas geografiska begränsningar, har forskare övervägt att inrätta speciella plantager för blushwood-träd. Men att göra det skapar en mängd problem. Till att börja med kräver träden pollinering, vilket innebär att rätt sorts pollinerande djur måste finnas till hands, plus att träd måste planteras i lämpliga tätheter och avstånd för att underlätta pollineringen. Dessutom påverkar säsongs- och klimatvariationer träden, tillsammans med patogener. Att avsätta tomter för blushwood-träd skapar ytterligare problem med markanvändningen.

"För hållbar, pålitlig produktion av EBC-46 i de mängder vi behöver," sa Wender, "måste vi verkligen gå den syntetiska vägen."

Gör EBC-46 från grunden

En bra utgångspunkt för att göra EBC-46, insåg Wender och kollegor, är den växthärledda föreningen phorbol. Mer än 7 000 växtarter producerar forbolderivat över hela världen och forbolrika frön är kommersiellt billiga. Forskarna valde Croton tiglium, allmänt känd som purging croton, en ört som används i traditionell kinesisk medicin.

Det första steget i att förbereda EBC-46, förklarar Wender, liknar en vardagsupplevelse. "Du köper en säck med dessa frön, och det är inte olikt att göra kaffe på morgonen," sa Wender. "Du mal upp fröna och kör lite hett lösningsmedel genom dem för att extrahera den aktiva ingrediensen," i det här fallet en forbolrik olja.

Efter att ha bearbetat oljan för att ge phorbol, var forskarna tvungna att ta reda på hur de skulle övervinna den tidigare oöverstigliga utmaningen att täcka en del av molekylen, kallad B-ringen, med noggrant placerade syreatomer. Detta krävs för att EBC-46 ska kunna interagera med PKC och modifiera enzymets aktivitet i celler.

För att vägleda sina kemiska och biologiska studier förlitade sig forskarna på instrumentering vid Stanford Neuroscience Microscopy Service, Stanford Cancer Institute Proteomics/Mass Spectrometry Shared Resource och Stanford Sherlock-klustret för datormodellering.

Med denna vägledning lyckades teamet lägga till extra syreatomer till phorbols B-ring, först via en så kallad ene (uttalas "een") reaktion utförd under flödesförhållanden, där reaktanter blandas när de rinner tillsammans genom slangen. Teamet introducerade sedan andra B-ringgrupper på ett stegvis, kontrollerat sätt för att erhålla de önskade rumsliga arrangemangen av atomerna. Totalt krävdes endast fyra till sex steg för att erhålla analoger av EBC-46 och ett dussin steg för att nå själva EBC-46.

Wender hoppas att den mycket bredare tillgängligheten av EBC-46 och dess PKC-påverkande kusinföreningar som detta banbrytande tillvägagångssätt ger kommer att påskynda forskningen om potentiellt revolutionerande nya behandlingar.

"När vi lär oss mer och mer om hur celler fungerar, lär vi oss mer om hur vi kan kontrollera den funktionaliteten", säger Wender. "Denna kontroll av funktionalitet är särskilt viktig när det gäller att hantera celler som blir oseriösa i sjukdomar som sträcker sig från cancer till Alzheimers."

Wender är också medlem i Stanford Bio-X och Stanford Cancer Institute, och medlem i Sarafan ChEM-H. + Utforska vidare

Kemi ger ett nytt utbud av en lovande cancer- och HIV-behandling