Hållbara och miljövänliga produktionsprocesser spelar en allt viktigare roll inom nästan alla industrigrenar. Framställningen av aktiva läkemedelsingredienser involverar i synnerhet användningen av olika material och reagens, av vilka många har miljöskadliga egenskaper och därför kräver kostsam bearbetning och kassering.
Forskare vid universitetet i Graz och Helmholtz Institute for Pharmaceutical Research Saarland (HIPS) har nu lyckats ta fram en strategi för syntes av aktiva läkemedelsingredienser från träavfall som inte involverar några skadliga utgångsmaterial eller biprodukter. Teamet publicerade sina resultat i tidskriften Angewandte Chemie International Edition .
Grunden för den utvecklade strategin att ta fram nya aktiva ingredienser är föreningen lignin. Lignin är en biopolymer som finns i växter och är ansvarig för deras lignifiering och stabilitet. Kemiskt är lignin uppbyggt av ett stort antal olika aromatiska föreningar som är sammanlänkade. Om lignin bryts ner till sina individuella byggstenar kan dessa sedan användas för att producera högvärdiga produkter som bränslen eller finkemikalier. Eftersom lignin är en av de mest förekommande organiska föreningarna i världen kan det erhållas både hållbart och i stora mängder.
Teamen av Anna Hirsch (HIPS) och Katalin Barta (University of Graz) har nu framgångsrikt visat att det också är möjligt att använda lignin för produktion av aktiva läkemedelsingredienser i en miljövänlig process. HIPS är en plats för Helmholtz Center for Infection Research i samarbete med Saarlands universitet.
Utgångspunkten för studien var en effektiv process etablerad i Bartas grupp för nedbrytning av lignin till en prekursorsubstans som är idealisk för framställning av potentiella aktiva ingredienser. Baserat på denna molekyl skapade forskarna flera strategier för syntes av fyra olika ämnesklasser, var och en med flera derivat.
En avgörande fördel var att, förutom utgångsämnet lignin, endast andra ofarliga och biologiskt nedbrytbara lösningsmedel och reagens användes i processen. Således erbjuder den etablerade plattformen en möjlighet för hållbar och miljövänlig produktion av aktiva prekursorsubstanser för läkemedelsutveckling – än så länge en sällsynthet inom läkemedelsindustrin.
Efter att framgångsrikt omvandla lignin till olika klasser av potentiella aktiva substanser, undersökte forskarna dem för deras biologiska aktivitet. "När vi karakteriserade våra syntetiserade molekyler tittade vi på vilka av ämnena som kunde påverka tillväxten av olika typer av bakterier, eller till och med cancerceller", säger Hirsch, chef för avdelningen för läkemedelsdesign och optimering vid HIPS och professor i medicinsk kemi vid Saarlands universitet.
"Vi blev positivt överraskade:Flera av de framtagna kandidaterna visade utmärkt aktivitet, även mot bakterier som ofta visar resistens mot vanliga antibiotika i ett kliniskt sammanhang och därmed orsakar stora problem. Detta visar oss att vår strategi är ganska kapabel att möta behovet av nya föreningar."
En av de mest lovande substanserna har redan testats i en infektionsmodell på larver av den stora vaxmalen. Jämfört med obehandlade larver överlevde betydligt fler larver infektion med patogenen Streptococcus pneumoniae när de samtidigt behandlades med substansen som forskarna producerade. S. pneumoniae kan också infektera människor och orsaka svår lunginflammation.
"Vår teknik gör att vi kan producera molekyler som annars är mycket svåra att komma åt – och på basis av ett ämne som normalt skulle betraktas som avfall", säger Barta, professor i bioorganisk kemi vid universitetet i Graz.
"Vi är säkra på att framtidens produktionsprocesser måste vara gröna och hållbara. Redan idag råder det en kritisk brist på resurser inom vissa delar av läkemedelsproduktionen. Så om vi lyckas erbjuda ett ekonomiskt lönsamt alternativ baserat på lignin, kan lösa två problem samtidigt."
Eftersom produktionen av aktiva ingredienser för närvarande ofta använder petroleumbaserade reagenser och utgångsmaterial skulle en övergång till förnybara resurser ge ett viktigt bidrag till att minska beroendet av fossila bränslen. I ytterligare studier planerar teamen av de två forskarna att ytterligare undersöka och optimera sina mest lovande föreningar.
Mer information: Anastasiia M. Afanasenko et al, Clean Synthetic Strategies to Biologically Active Molecules from Lignin:A Green Path to Drug Discovery, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202308131
Journalinformation: Angewandte Chemie International Edition
Tillhandahålls av Helmholtz Association of German Research Centers
