Onderzoekers van Stanford University hebben een snelle en duurzame manier ontdekt om synthetisch een veelbelovende kankerbestrijdende stof in het laboratorium te produceren. De beschikbaarheid van de verbinding is beperkt omdat de enige momenteel bekende natuurlijke bron een enkele plantensoort is die alleen in een klein regenwoudgebied in Noordoost-Australië groeit.

De verbinding, aangeduid als EBC-46 en technisch tigilanol-tiglaat genoemd, werkt door een gelokaliseerde immuunrespons tegen tumoren te bevorderen. De reactie breekt de bloedvaten van de tumor af en doodt uiteindelijk de kankercellen. EBC-46 is onlangs begonnen met klinische proeven bij mensen vanwege het extreem hoge succespercentage bij de behandeling van een soort kanker bij honden.

Gezien zijn complexe structuur leek EBC-46 echter synthetisch ontoegankelijk, wat betekent dat er geen plausibele manier leek te bestaan ​​om het praktisch in een laboratorium te produceren. Dankzij een slim proces hebben de Stanford-onderzoekers echter voor het eerst aangetoond hoe een overvloedig, plantaardig uitgangsmateriaal chemisch kan worden omgezet in EBC-46.

Als bonus kan dit proces EBC-46 "analogen" produceren - verbindingen die chemisch vergelijkbaar zijn, maar die nog effectiever zouden kunnen blijken en mogelijk een verrassend breed scala aan andere ernstige kwalen zouden kunnen behandelen. Deze ziekten, waaronder aids, multiple sclerose en de ziekte van Alzheimer, delen allemaal biologische routes die worden beïnvloed door het doelwit van EBC-46, een sleutelenzym dat proteïnekinase C of PKC wordt genoemd.

"We zijn erg verheugd om de eerste schaalbare synthese van EBC-46 te melden", zegt Paul Wender, de Francis W. Bergstrom-hoogleraar aan de School of Humanities and Sciences, hoogleraar scheikunde en, met dank, van chemische en systeembiologie aan Stanford , en corresponderend auteur van een studie die de resultaten beschrijft in het tijdschrift Nature Chemistry . "In staat zijn om EBC-46 in het laboratorium te maken, opent echt enorme onderzoeks- en klinische kansen."

Co-auteurs van de studie zijn Zachary Gentry, David Fanelli, Owen McAteer en Edward Njoo, die allemaal Ph.D. studenten in Wender's lab, samen met voormalig lid Quang Luu-Nguyen.

Wender bracht de immense voldoening over die het onderzoeksteam voelde over de doorbraak van de EBC-46-synthese. "Als je het lab de eerste paar weken nadat ze erin waren geslaagd had bezocht," zei Wender, "had je mijn geweldige collega's van oor tot oor zien glimlachen. Ze waren in staat om iets te doen dat veel mensen voor onmogelijk hielden."

Vanaf een afgelegen gebied

Tigilanol-tiglaat kwam aanvankelijk op via een geautomatiseerd screeningproces voor kandidaat-geneesmiddelen door QBiotics, een Australisch bedrijf. In de natuur komt de verbinding voor in de zaden van de roze vrucht van de blushwood-boom, Fontainea picrosperma. Buideldieren zoals muskusachtige rat-kangoeroes die blushwood-vruchten eten, vermijden de tigilanol-tiglaatrijke zaden, die bij inname braken en diarree veroorzaken.

Door veel kleinere doses EBC-46 rechtstreeks in sommige solide tumoren te injecteren, wordt de cellulaire signalering door PKC gewijzigd. In het bijzonder wordt voorgesteld dat EBC-46 bepaalde vormen van PKC activeert, die op hun beurt de activiteit van verschillende eiwitten in de kankercellen beïnvloeden, waardoor een immuunrespons door het lichaam van de gastheer wordt aangetrokken. De resulterende ontsteking maakt de vasculatuur (bloedvaten) van de tumor lek, en deze bloeding zorgt ervoor dat de tumorgroei sterft. In het geval van uitwendige, cutane maligniteiten, korsten de tumoren op en vallen ze af, en manieren om EBC-46 toe te dienen aan interne tumoren worden onderzocht.

In 2020 keurden zowel het Europees Geneesmiddelenbureau als de Food and Drug Administration in de Verenigde Staten een op EBC-46 gebaseerd medicijn goed, verkocht onder de merknaam Stelfonta, voor de behandeling van mestcelkanker, de meest voorkomende huidtumoren bij honden. Een studie toonde een genezingspercentage van 75% na een enkele injectie en een percentage van 88% na een tweede dosis. Sindsdien zijn klinische proeven gestart voor huid-, hoofd- en nekkanker en kanker van de weke delen bij mensen.

Op basis van dit opkomende onderzoek en klinische behoeften in combinatie met de geografische beperkingen van de bronzaden, hebben wetenschappers overwogen om speciale plantages voor blushwood-bomen op te zetten. Maar dit levert een groot aantal problemen op. Om te beginnen hebben de bomen bestuiving nodig, wat betekent dat de juiste soort bestuivende dieren aanwezig moeten zijn, en bomen moeten in de juiste dichtheden en op afstand worden geplant om de bestuiving te bevorderen. Bovendien beïnvloeden seizoens- en klimaatvariaties de bomen, samen met ziekteverwekkers. Het opzij zetten van percelen voor blushwood-bomen levert verder landgebruiksproblemen op.

"Voor een duurzame, betrouwbare productie van EBC-46 in de hoeveelheden die we nodig hebben," zei Wender, "moeten we echt de synthetische route inslaan."

EBC-46 helemaal opnieuw maken

Een goed startpunt voor het maken van EBC-46, realiseerden Wender en collega's, is de van planten afgeleide verbinding forbol. Meer dan 7.000 plantensoorten produceren wereldwijd forbolderivaten en forbolrijke zaden zijn commercieel goedkoop. De onderzoekers selecteerden Croton tiglium, algemeen bekend als zuiverende croton, een kruid dat wordt gebruikt in de traditionele Chinese geneeskunde.

De eerste stap bij het voorbereiden van EBC-46, legt Wender uit, is vergelijkbaar met een alledaagse ervaring. "Je koopt een zak met deze zaden en het is niet anders dan 's ochtends koffie zetten", zei Wender. "Je vermaalt de zaden en laat er heet oplosmiddel doorheen lopen om het actieve ingrediënt te extraheren", in dit geval een forbol-rijke olie.

Na het verwerken van de olie om forbol op te leveren, moesten de onderzoekers uitzoeken hoe ze de voorheen onoverkomelijke uitdaging konden overwinnen om een ​​​​deel van het molecuul, de B-ring genaamd, te bedekken met zorgvuldig geplaatste zuurstofatomen. Dit is nodig om EBC-46 in staat te stellen te interageren met PKC en de activiteit van het enzym in cellen te wijzigen.

Om hun chemische en biologische studies te begeleiden, vertrouwden de onderzoekers op instrumentatie van de Stanford Neuroscience Microscopy Service, het Stanford Cancer Institute Proteomics/Mass Spectrometry Shared Resource en het Stanford Sherlock-cluster voor computermodellering.

Met deze begeleiding slaagde het team erin extra zuurstofatomen toe te voegen aan de B-ring van phorbol, eerst via een zogenaamde ene (uitgesproken als "een") reactie uitgevoerd onder stroomomstandigheden, waarbij reactanten zich vermengen terwijl ze samen door buizen lopen. Het team introduceerde vervolgens andere B-ringgroepen op een stapsgewijze, gecontroleerde manier om de gewenste ruimtelijke rangschikking van de atomen te verkrijgen. In totaal waren er slechts vier tot zes stappen nodig om analogen van EBC-46 te verkrijgen en een tiental stappen om EBC-46 zelf te bereiken.

Wender hoopt dat de veel bredere beschikbaarheid van EBC-46 en zijn PKC-beïnvloedende nevenverbindingen die door deze baanbrekende benadering wordt geboden, het onderzoek naar potentieel revolutionaire nieuwe behandelingen zal versnellen.

"Naarmate we meer en meer leren over hoe cellen functioneren, leren we meer over hoe we die functionaliteit kunnen controleren", zegt Wender. "Die controle van de functionaliteit is vooral belangrijk bij het omgaan met cellen die schurkenstaten zijn bij ziekten variërend van kanker tot de ziekte van Alzheimer."

Wender is ook lid van Stanford Bio-X en het Stanford Cancer Institute, en een fellow van Sarafan ChEM-H. + Verder verkennen

Chemie zorgt voor een nieuwe voorraad van een veelbelovende kanker- en hiv-behandeling