Vingerhoedskruid planten, gevonden in veel tuinen, staan ​​bekend om de buien van klokvormige bloemen die ze produceren.

Maar planten die tot dit geslacht behoren, Digitalis, hebben ook een minder zichtbare troef:chemicaliën die hartglycosiden worden genoemd, die zijn geregistreerd voor de behandeling van hartfalen sinds de jaren 1780, zegt University at Buffalo-bioloog Zhen Wang.

Wang's onderzoek onderzoekt hoe vingerhoedskruid deze medicinale verbindingen maakt, met het oog op verbetering van het proces. Het fokken van vingerhoedskruid is tijdrovend en arbeidsintensief, en Wang hoopt dat te veranderen.

specifiek, haar lab onderzoekt de chemische processen die de planten gebruiken om hartglycosiden te maken:welke stappen worden genomen, welke genen zijn ingeschakeld, en welke enzymen worden ingezet.

"De reden waarom planten zoveel natuurlijke producten met geneeskrachtige eigenschappen maken, is omdat ze ook ziekten bestrijden, " zegt Wang, doctoraat, assistent-professor biologische wetenschappen aan het UB College of Arts and Sciences. "Planten zijn niet zoals dieren. Ze kunnen niet wegrennen als er stress komt, dus ze gaan hiermee om door de meest buitengewone chemici ter wereld te worden."

En toch, "Hoe planten veel natuurlijke producten synthetiseren, is grotendeels onbekend, " Zegt Wang. "Ik wil begrijpen hoe we de kracht van de natuur kunnen benutten om het proces van het produceren van medicinale verbindingen efficiënter en duurzamer te maken. Vingerhoedskruid maakt deze krachtige verbindingen, maar het duurt twee jaar om dat te doen, en ze maken ze niet in een zeer grote hoeveelheid. Hoe kunnen we dit proces verbeteren?"

Twee nieuwe studies belichten chemische verbindingen in vingerhoedskruid

Wang's team heeft onlangs een paar artikelen gepubliceerd waarin de kenmerken van hartglycosiden in twee vingerhoedskruidsoorten worden beschreven:Digitalis purpurea, een opvallende paarse bloem die in veel tuinen voorkomt; en Digitalis lanata, die voor medicinale doeleinden wordt gekweekt.

"Dit soort onderzoek is belangrijk omdat we eerst de nauwkeurige structuur van natuurlijke verbindingen moeten kennen voordat we hun geneeskrachtige effecten kunnen onderzoeken, "zegt Wang.

Het eerste papier, online gepubliceerd in januari in het Journal of Chromatography A, beschrijft methoden voor het bepalen van de exacte massa en structuur van hartglycosiden, en vergelijkt verbindingen gevonden in Digitalis purpurea en Digitalis lanata. De tweede studie, in maart online gepubliceerd in het tijdschrift Data in Brief, breidt zich uit op de eerste, het verstrekken van aanvullende gegevens over kenmerken van hartglycosiden in beide soorten.

"Toen we naar de hartglycosiden in elk van hen keken, we vonden drastische verschillen, ", zegt Wang. "In de industriële soort die voor medicijnen wordt gekweekt, je ziet veel grotere hoeveelheden hartglycosiden, met veel meer diversiteit. Ik denk dat dit alleen maar de aanpassing van planten benadrukt en hoe veelzijdig ze zijn als chemici."

Beide onderzoeken bevatten bijdragen van onderzoekers van de afdeling Scheikunde van de UB.

Verbetering van de natuurlijke vaardigheden van vingerhoedskruid

Digitalis lanata wordt gekweekt voor medicijnen omdat het een hartglycoside maakt dat digoxine wordt genoemd. Deze verbinding is in grote hoeveelheden giftig, maar het wordt spaarzaam voorgeschreven, in kleine doses, voor de behandeling van hartfalen en bepaalde hartritmestoornissen.

De huidige methoden voor het produceren van digoxine zijn omslachtig:omdat elke vingerhoedskruidplant maar een klein beetje van de chemische stof maakt, boeren moeten het gewas in enorme hoeveelheden verbouwen, zegt Wang. Dat verbruikt veel landbouwgrond. De wachttijd is ook lang.

"Het duurt twee jaar, vanaf het moment dat je het zaad plant tot het moment dat de bladeren klaar zijn om te oogsten, en dan moet je het drogen in de silo, " Zegt Wang. "Dan, de plant wordt vermalen tot poeder, en de verbinding wordt geëxtraheerd en gezuiverd met behulp van chemische processen."

Als Wang's team erachter kan komen, stap voor stap, hoe vingerhoedskruid hartglycosiden maken, wetenschappers zouden die informatie kunnen gebruiken om een ​​verscheidenheid aan verbeteringen te onderzoeken.

Biologen kunnen snelgroeiende microben ontwikkelen, zoals gist of onschadelijke bacteriestammen, om sneller hartglycosiden aan te maken. Plantenwetenschappers zouden vingerhoedskruid genetisch kunnen manipuleren om grotere hoeveelheden digoxine te maken, die de efficiëntie van landbouwbedrijven zou verhogen en land zou vrijmaken voor andere nuttige gewassen.

Medicinale chemici zouden ook kunnen werken aan de ontwikkeling van nieuwe medicijnen die vergelijkbaar zijn met digoxine, maar veiliger zijn.

"We kunnen leren van de natuur, " Zegt Wang. "We kunnen alle beschikbare verbindingen bestuderen die in de planten worden gevonden en dan komen met ons eigen ontwerp van verbindingen die veiliger en effectiever zijn. Daarom denk ik dat het belangrijk is om niet alleen te focussen op het huidige medicijn digoxine, maar om onze focus uit te breiden naar alle verbindingen in dezelfde klasse, de hartglycosiden."