Veel medicijnen zijn afgeleid van natuurlijke producten. Maar voordat natuurlijke producten kunnen worden geëxploiteerd, chemici moeten eerst hun structuur en stereochemie bepalen. Dit kan een grote uitdaging zijn, vooral wanneer de moleculen niet kunnen worden gekristalliseerd en slechts weinig waterstofatomen bevatten. Een nieuwe op NMR gebaseerde methode, ontwikkeld aan het Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP), vereenvoudigt nu de analyse en levert nauwkeurigere resultaten op. Het werk is gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Natuurlijke producten zijn aanwezig in antibiotica, pijnstillers en medicijnen tegen kanker, spelen een sleutelrol in ongeveer 60 procent van alle door de FDA goedgekeurde geneesmiddelen. Planten, schimmels en sessiele mariene organismen zijn bijzonder veelbelovende bronnen, omdat velen van hen een chemische afweer hebben om roofdieren af ​​te schrikken. Echter, identificatie van potentiële kandidaat-geneesmiddelen is een uitdaging. Eerst, onderzoekers moeten de structuur en stereochemie (de ruimtelijke rangschikking van atomen) van de moleculen nauwkeurig bepalen. Zonder deze informatie, chemici zullen de moleculen niet kunnen synthetiseren en ontwikkelen tot medicijnen. Bovendien, de structuur is nodig om vast te stellen of het molecuul eerder is ontdekt.

Naast de röntgendiffractiemethode, die alleen kan worden toegepast op de kristalliseerbare moleculen, scheikundigen gebruiken meestal nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopie voor structuurbepaling. Meest recent, de op NMR gebaseerde parameter "residuele chemische verschuivingsanisotropie" is in deze context van bijzonder belang geworden. Studies van de afgelopen twee tot drie jaar hebben aangetoond dat deze parameter de zeer nauwkeurige bepaling van de structuur en stereochemie van organische moleculen mogelijk maakt. Echter, dit vereist het gebruik van speciale instrumenten die niet in alle laboratoria beschikbaar zijn. En dan is er nog de kwestie van de tijdrovende analysemethoden die bij data-analyse komen kijken.

Vereenvoudigde methode levert nauwkeurigere resultaten op

Onderzoekers van het Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) hebben nu een methode ontwikkeld waarmee de resterende anisotropie van de chemische verschuiving veel gemakkelijker en effectiever kan worden gemeten. Partners uit China (Instituut voor Oceanologie, Chinese Academie van Wetenschappen en South Central University for Nationalities) en Brazilië (Universidade Federal de Pernambuco) waren ook betrokken bij het werk, die nu is gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

"De op NMR gebaseerde methode die we hebben ontwikkeld, stelt chemici in staat om de stereochemie van nieuwe natuurlijke producten met grotere nauwkeurigheid en efficiëntie te bepalen, " verklaarde Dr. Han Sun van FMP, die de studie leidde. " Verder, de methode is zeer eenvoudig te gebruiken, waardoor het toegankelijk is voor alle chemici."

Het experiment omvat het samenbrengen van natuurlijke producten met een in de handel verkrijgbaar peptide met een sequentie van AAKLVFF. Opgelost in methanol, de peptiden worden omgezet in vloeibare kristallen, waardoor de natuurlijke producten een zwakke oriëntatie in het magnetische veld krijgen. "Deze specifieke oriëntatie stelt ons in staat om de resterende anisotropie van de chemische verschuiving van de moleculen als parameter te meten, die op zijn beurt nauwkeurige informatie geeft over hun structuur en stereochemie, " verklaarde de chemicus Sun, beschrijving van de nieuwe methode.

Het voorbeeld van thalidomide laat zien hoe belangrijk het is om de stereochemie van verbindingen correct te bepalen. Naast een kalmerend effect (hypnotisch), de verbinding thalidomide heeft ook een nadelig ontwikkelingseffect, wat toe te schrijven is aan zijn twee spiegelbeeldvormen (R)-thalidomide en (S)-thalidomide.

Analyse van exotische natuurproducten uit de oceaan

Voor hun huidige studie de onderzoekers gebruikten een eerder onontgonnen natuurproduct:spiroepicoccin A werd door de Chinese partners geïsoleerd uit mariene micro-organismen. De substantie, verkregen vanaf een diepte van meer dan 4, 500 meter, heeft slechts een paar waterstofatomen aan zijn stereocentra, een uitdaging vormen voor gevestigde NMR-methoden. Dankzij de nieuwe meetmethode echter, de structuur en stereochemie van het natuurproduct werden ondubbelzinnig opgehelderd. "Hoewel onze methode ons in staat stelt om tot nu toe alleen de relatieve en niet de absolute stereochemie te meten, ons werk levert een belangrijke bijdrage aan het vereenvoudigen van de bepaling van uitdagende natuurlijke producten, " merkte Sun op. Het lijkt erop dat farmaceutische bedrijven al interesse hebben getoond "omdat de methode de ontwikkeling van nieuwe medicijnen versnelt, dat is ook ons ​​doel."