Onderzoekers in Brazilië hebben gemodificeerde vormen van de alkaloïden geproduceerd door Uncaria guianensis , een houtachtige wijnstok afkomstig uit het Amazone-regenwoud.

U. guianensis is een geneeskrachtige plant die algemeen bekend staat als kattenklauw. De natuurlijke versies van alkaloïden worden veel gebruikt om tumoren en ontstekingen te bestrijden, en ze kunnen helpen het immuunsysteem te moduleren. De wetenschappers probeerden therapeutisch krachtiger chemicaliën te ontwerpen.

De studie werd ondersteund door São Paulo Research Foundation—FAPESP en uitgevoerd door onderzoekers verbonden aan de Universiteit van Ribeirão Preto (UNAERP) en de Federale Universiteit van São Carlos (UFSCar), beide in de staat São Paulo. De resultaten zijn gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

alkaloïden, die organische verbindingen zijn die worden geproduceerd door planten of micro-organismen, worden al lang in de geneeskunde gebruikt. Een voorbeeld is morfine, die wordt gewonnen uit de papaver ( Papaver somniferum ).

Recente studies hebben aangetoond dat kleine wijzigingen in de chemische structuur van bepaalde alkaloïden hun therapeutische effecten kunnen versterken. fluorvinblastine, bijvoorbeeld, ontstaat door de toevoeging van fluor aan de chemische structuur van vinblastine, een natuurlijke alkaloïde geproduceerd door de roze maagdenpalm ( Catharanthus roseus ).

Amerikaanse onderzoekers hebben aangetoond dat de antitumoractiviteit van fluorovinblastine 30 keer krachtiger is dan die van de natuurlijke verbinding.

"Toen we de structuur van vinblastine en van de alkaloïden van U. guianensis , we vonden sterk vergelijkbare biosynthetische routes. Een van de aanpassingen die we maakten was daarom vergelijkbaar:we vervingen een fluoratoom door een waterstofatoom in de aromatische ring [een klein deel van de structuur van het molecuul], " zei Adriana Aparecida Lopes, een professor in de Biotechnology Unit van UNAERP en eerste auteur van het artikel.

Het resultaat van deze kleine wijziging was een nieuwe alkaloïde genaamd 6-fluor-isomitraphylline, die drie aromatische waterstofatomen en één fluor heeft in plaats van de vier aromatische waterstofatomen van de natuurlijke alkaloïde. De onderzoekers produceerden ook een analoog genaamd 7-methyl-isomitrylline door een methylgroep te vervangen door een aromatische waterstof.

Het onderzoek werd ondersteund door FAPESP via een Young Investigator Grant en een reguliere onderzoeksbeurs in het kader van het São Paulo Students in International Collaboration-programma.

Een project dat het onderzoek voortzet, is zojuist geselecteerd in een gezamenlijk door FAPESP uitgebrachte oproep tot het indienen van voorstellen; de National Council of State Funding Agencies (CONFAP); de Nationale Raad voor Wetenschappelijke en Technologische Ontwikkeling (CNPq, een agentschap van de Braziliaanse regering); en de Europese Onderzoeksraad (ERC).

Het nieuwe project zal worden uitgevoerd in samenwerking met Sarah O;Connor, Directeur van het Max Planck Instituut voor Chemische Ecologie in Duitsland.

Laboratoriumplanten

Er zijn wijzigingen aangebracht in de alkaloïden met behulp van U. guianensis eigen metabole routes. In het laboratorium werden plantjes (jonge planten) met een hoogte van maximaal 15 cm gekweekt en gevoed met water en voedingsstoffen. Aan dit vloeibare medium werden voorlopers van de natuurlijke alkaloïden met kleine wijzigingen in hun structuur toegevoegd.

"Dit protocol wordt precursor-gerichte biosynthese genoemd, Lopes legde uit. "De synthese wordt gedaan door de plant. Ik voorzie het van een analoge sleuteltussenpersoon [precursor], die wordt opgevangen en in zijn metabole route wordt ingebracht, vorming van een nieuwe alkaloïde. Dit is 'groene chemie, " volledig vrij van oplosmiddelen of reagentia, en maakt gebruik van een in vitro plantjessysteem."

De planten werden gedurende 30 dagen gekweekt en vervolgens geëxtraheerd. De extracten werden onderworpen aan verschillende soorten vloeistofchromatografie en massaspectrometrie om de aanwezige stoffen in het extract te identificeren op basis van hun overeenkomstige ionen. Na deze karakterisering, chemische (chromatografische) processen werden gebruikt om de alkaloïde analogen te isoleren.

De twee nieuwe alkaloïde-analogen gemodificeerd met fluor- en methylgroepen werden geanalyseerd met nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopie om hun chemische structuur te bevestigen.

Met behulp van deze methode, ongeveer één tot twee milligram van de nieuwe alkaloïden werd verkregen. De volgende stappen zijn het verhogen van de output. Om dit te doen, het zal nodig zijn om de productie van de natuurlijke alkaloïden door de plant te stoppen, omdat de onderzoekers willen dat de plant alleen de gefluoreerde versie in hun laboratorium produceert.

"We zullen het enzym TDC tot zwijgen moeten brengen, dat aanwezig is in de stofwisseling van de plant en het aminozuur tryptofaan omzet in tryptamine. De plant zal stoppen met het produceren van natuurlijke tryptamine en zal alleen de gewijzigde versie produceren, ' zei Lopes.

Het team verwacht de therapeutische werkzaamheid van de nieuwe verbindingen die zijn verkregen uit: U. guianensis het gebruik van voorloper-gerichte biosynthese om krachtiger te zijn dan die welke van nature door de plant worden geproduceerd.