Een zeer actieve katalysator die medicijnmoleculen in het lichaam kan synthetiseren, is ontwikkeld door RIKEN-chemici. Bij muizen onderdrukte een antikankermedicijn dat in de buurt van tumoren werd geassembleerd met behulp van de geïnjecteerde katalysator de tumorgroei.

Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift Chemical Science .

Bij conventionele medicijnen die per injectie of pil worden toegediend, circuleert het actieve medicijnmolecuul door het lichaam, waardoor niet alleen de doellocatie, maar ook gezonde weefsels worden overspoeld. De daaruit voortvloeiende bijwerkingen kunnen zo ernstig zijn dat ze blijvende schade kunnen veroorzaken en ertoe kunnen leiden dat de behandeling moet worden stopgezet.

Door medicijnmoleculen op doellocaties in het lichaam te verzamelen, kunnen ze effectiever worden en de bijwerkingen worden geminimaliseerd.

"De directe synthese van medicijnen in het lichaam zou medicijnen in staat stellen ziekten te behandelen zonder bijwerkingen in gezonde weefsels te veroorzaken", zegt Katsunori Tanaka, hoofdwetenschapper van het RIKEN Biofunctional Synthetic Chemistry Laboratory. "Daarom hebben we een biocompatibel biokatalysesysteem nodig om de synthese van geneesmiddelen uit te voeren nabij doellocaties in het lichaam."

Het team richtte zich op de assemblage van medicijnen in het lichaam met behulp van een katalytische chemische reactie genaamd olefine-metathese. "Olefine-metathese is een van de meest efficiënte methoden voor het construeren van dubbele koolstof-koolstofbindingen voor het synthetiseren van medicijnen", legt Tanaka uit. "Als het in het lichaam zou kunnen worden uitgewerkt, zou het ons in staat moeten stellen veel verschillende soorten medicijnen te synthetiseren."

De meeste chemische katalysatoren worden snel gedeactiveerd door biomoleculen in de bloedbaan. Om dit probleem te verhelpen, heeft het team een ​​op ruthenium gebaseerde olefine-metathesekatalysator in een beschermend eiwit gewikkeld dat menselijk serumalbumine wordt genoemd.

Tanaka's team had eerder aangetoond dat een rutheniumchloridecomplex ingebed in menselijk serumalbumine – dat een katalytisch geheel vormt dat een kunstmatig metallo-enzym wordt genoemd – enigszins actief was in het bloed. Nu hebben ze aangetoond dat het overstappen op een rutheniumjodidecomplex een veel superieur kunstmatig metallo-enzym produceert.

Bij lage katalysatorconcentraties katalyseerde de nieuwe op albumine gebaseerde rutheniumjodide (AlbRuI)-katalysator drie soorten olefine-metathesereacties in het bloed met hoge opbrengst.

"AlbRuI vertoonde ook een robuuste stabiliteit gedurende 24 uur in bloed", zegt Tanaka. "Dit vergroot de biocompatibiliteit van kunstmatige metallo-enzymen en opent de deur voor de ontwikkeling van algemene, op metaal gebaseerde kunstmatige metallo-enzymen voor katalytische reacties in het bloed."

Het team toonde ook aan dat een lage dosis AlbRuI, gericht op kanker, de tumorgroei bij muizen significant remde door middel van gelokaliseerde synthese van een antitumormedicijn.

Het team is van plan het gebruik van hun katalysator uit te breiden. "We hopen AlbRuI te gebruiken om een ​​verscheidenheid aan bioactieve moleculen te synthetiseren", zegt Tanaka. "Dan zouden we het kunnen gebruiken om niet alleen kanker te behandelen, maar ook andere ziekten zonder bijwerkingen."

Meer informatie: Igor Nasibullin et al, Katalytische olefine-metathese in bloed, Chemische Wetenschap (2023). DOI:10.1039/D3SC03785A

Journaalinformatie: Chemische Wetenschap

Aangeboden door RIKEN