Geneesmiddelen voor de behandeling van kanker zijn vaak erg duur om te produceren, wat resulteert in hoge kosten voor de patiënten die ze nodig hebben. Dankzij baanbrekend onderzoek door UCLA-chemici onder leiding van professor organische chemie Ohyun Kwon, zou de prijs van medicamenteuze behandelingen voor kanker en andere ernstige ziekten binnenkort kunnen kelderen.

Eén chemische stof die in sommige geneesmiddelen tegen kanker wordt gebruikt, kost farmaceutische bedrijven bijvoorbeeld $3200 per gram – 50 keer meer dan een gram goud. De UCLA-onderzoekers bedachten een goedkope manier om dit medicijnmolecuul te produceren uit een chemische stof die slechts $ 3 per gram kost. Ze konden het proces ook toepassen om vele andere chemicaliën te produceren die in de geneeskunde en de landbouw worden gebruikt, tegen een fractie van de gebruikelijke kosten.

Deze prestatie, gepubliceerd in het tijdschrift Science , omvat een proces dat bekend staat als 'aminodealkenylatie'. Met behulp van zuurstof als reagens en koper als katalysator om de koolstof-koolstofbindingen van veel verschillende organische moleculen te verbreken, vervingen de onderzoekers deze bindingen door koolstof-stikstofbindingen, waardoor de moleculen werden omgezet in derivaten van ammoniak, genaamd aminen.

Omdat aminen een sterke interactie hebben met moleculen in levende planten en dieren, worden ze veel gebruikt in farmaceutische producten, maar ook in landbouwchemicaliën. Bekende aminen zijn nicotine, cocaïne, morfine en amfetamine, en neurotransmitters zoals dopamine. Meststoffen, herbiciden en pesticiden bevatten ook aminen.

De industriële productie van aminen is daarom van groot belang, maar de grondstoffen en reagentia zijn vaak duur, en de processen kunnen veel ingewikkelde stappen vereisen om te voltooien. Met minder stappen en zonder dure ingrediënten kan het aan de UCLA ontwikkelde proces waardevolle chemicaliën produceren tegen veel lagere kosten dan de huidige methoden.

"Dit is nog nooit eerder gedaan", zei Kwon. "Traditionele metaalkatalyse maakt gebruik van dure metalen zoals platina, zilver, goud en palladium, en andere edelmetalen zoals rhodium, ruthenium en iridium. Maar we gebruiken zuurstof en koper, een van 's werelds meest voorkomende basismetalen."

De nieuwe methode maakt gebruik van een vorm van zuurstof genaamd ozon, een krachtig oxidatiemiddel, om de koolstof-koolstofbinding in koolwaterstoffen, alkenen genaamd, te verbreken, en een koperkatalysator om de verbroken binding met stikstof te koppelen, waardoor het molecuul in een amine verandert. In één voorbeeld produceerden de onderzoekers een c-Jun N-terminale kinaseremmer – een medicijn tegen kanker – in slechts drie chemische stappen, in plaats van de twaalf of dertien stappen die voorheen nodig waren. De kosten per gram kunnen zo worden teruggebracht van duizenden dollars naar slechts enkele dollars.

In een ander voorbeeld omvatte het protocol slechts één stap om adenosine – een neurotransmitter en DNA-bouwsteen die minder dan 10 cent per gram kost – om te zetten in het amine N6-methyladenosine. Het amine speelt een cruciale rol bij het controleren van genexpressie in cellulaire, ontwikkelings- en ziekteprocessen, en de productiekosten bedroegen voorheen $103 per gram.

De onderzoeksgroep van Kwon was in staat hormonen, farmaceutische reagentia, peptiden en nucleosiden om te zetten in andere nuttige aminen, wat het potentieel van de nieuwe methode aantoonde om een ​​standaardproductietechniek te worden in de geneesmiddelenproductie en vele andere industrieën.

Meer informatie: Zhiqi He et al, Aminodealkenylatie:Ozonolyse en koperkatalyse zetten C(sp 3 )–C(sp 2 ) bindingen om in C(sp 3 )–N bindingen, Wetenschap (2023). DOI:10.1126/science.adi4758

Journaalinformatie: Wetenschap

Aangeboden door Universiteit van Californië, Los Angeles