Läkemedel för att behandla cancer är ofta mycket dyra att tillverka, vilket leder till höga kostnader för de patienter som behöver dem. Tack vare banbrytande forskning av UCLA-kemister, ledda av professor i organisk kemi Ohyun Kwon, kan priset på läkemedelsbehandlingar för cancer och andra allvarliga sjukdomar snart sjunka.

En kemikalie som används i vissa läkemedel mot cancer kostar till exempel läkemedelsföretagen 3 200 dollar per gram – 50 gånger mer än ett gram guld. UCLA-forskarna utarbetade ett billigt sätt att producera denna läkemedelsmolekyl från en kemikalie som kostar bara $3 per gram. De kunde också använda processen för att producera många andra kemikalier som används inom medicin och jordbruk för en bråkdel av den vanliga kostnaden.

Denna bedrift, publicerad i tidskriften Science involverar en process känd som "aminodealkenylering". Genom att använda syre som reagens och koppar som katalysator för att bryta kol-kolbindningarna i många olika organiska molekyler, ersatte forskarna dessa bindningar med kol-kvävebindningar och omvandlade molekylerna till derivat av ammoniak som kallas aminer.

Eftersom aminer interagerar starkt med molekyler i levande växter och djur, används de i stor utsträckning i läkemedel, såväl som i jordbrukskemikalier. Bekanta aminer inkluderar nikotin, kokain, morfin och amfetamin, och signalsubstanser som dopamin. Gödningsmedel, herbicider och bekämpningsmedel innehåller också aminer.

Industriell produktion av aminer är därför av stort intresse, men råvarorna och reagensen är ofta dyra och processerna kan kräva många komplicerade steg att genomföra. Genom att använda färre steg och inga dyra ingredienser kan processen som utvecklats vid UCLA producera värdefulla kemikalier till en mycket lägre kostnad än nuvarande metoder.

"Det här har aldrig gjorts förut," sa Kwon. "Traditionell metallkatalys använder dyra metaller som platina, silver, guld och palladium och andra ädelmetaller som rodium, rutenium och iridium. Men vi använder syre och koppar, en av världens vanligaste basmetaller."

Den nya metoden använder en form av syre som kallas ozon, en potent oxidant, för att bryta kol-kolbindningen i kolväten som kallas alkener, och en kopparkatalysator för att koppla den brutna bindningen med kväve, vilket gör molekylen till en amin. I ett exempel producerade forskarna en c-Jun N-terminal kinashämmare - ett läkemedel mot cancer - i bara tre kemiska steg, istället för de 12 eller 13 steg som tidigare behövdes. Kostnaden per gram kan därmed sänkas från tusentals dollar till bara några få dollar.

I ett annat exempel tog protokollet bara ett steg för att omvandla adenosin - en neurotransmittor och DNA-byggsten som kostar mindre än 10 cent per gram - till aminen N6-metyladenosin. Aminen spelar en avgörande roll för att kontrollera genuttryck i cellulära, utvecklings- och sjukdomsprocesser, och dess produktionskostnad har tidigare varit 103 USD per gram.

Kwons forskargrupp kunde modifiera hormoner, farmaceutiska reagenser, peptider och nukleosider till andra användbara aminer, vilket visar den nya metodens potential att bli en standardproduktionsteknik inom läkemedelstillverkning och många andra industrier.

Mer information: Zhiqi He et al, Aminodealkenylation:Ozonolys och kopparkatalys omvandlar C(sp 3 )–C(sp 2 )-bindningar till C(sp 3 )–N-bindningar, Science (2023). DOI:10.1126/science.adi4758

Journalinformation: Vetenskap

Tillhandahålls av University of California, Los Angeles