Duurzame en milieuvriendelijke productieprocessen spelen in vrijwel alle bedrijfstakken een steeds belangrijkere rol. Vooral bij de productie van actieve farmaceutische ingrediënten worden verschillende materialen en reagentia gebruikt, waarvan er vele milieubelastende eigenschappen hebben en daarom kostbare verwerking en verwijdering vereisen.

Onderzoekers van de Universiteit van Graz en het Helmholtz Instituut voor Farmaceutisch Onderzoek Saarland (HIPS) zijn er nu in geslaagd een strategie te ontwikkelen voor de synthese van actieve farmaceutische ingrediënten uit houtafval, waarbij geen schadelijke uitgangsstoffen of bijproducten betrokken zijn. Het team publiceerde zijn resultaten in het tijdschrift Angewandte Chemie International Edition .

De basis voor de ontwikkelde strategie om nieuwe actieve ingrediënten te produceren is de verbinding lignine. Lignine is een biopolymeer dat voorkomt in planten en verantwoordelijk is voor hun verhouting en stabiliteit. Chemisch gezien bestaat lignine uit een groot aantal verschillende aromatische verbindingen die met elkaar verbonden zijn. Als lignine wordt afgebroken tot afzonderlijke bouwstenen, kunnen deze worden gebruikt voor de productie van hoogwaardige producten zoals brandstoffen of fijnchemicaliën. Omdat lignine een van de meest voorkomende organische verbindingen ter wereld is, kan het zowel duurzaam als in grote hoeveelheden worden verkregen.

De teams van Anna Hirsch (HIPS) en Katalin Barta (Universiteit van Graz) hebben nu met succes aangetoond dat het ook mogelijk is om lignine te gebruiken voor de productie van actieve farmaceutische ingrediënten in een milieuvriendelijk proces. HIPS is een site van het Helmholtz Center for Infection Research in samenwerking met de Universiteit van Saarland.

Het uitgangspunt van het onderzoek was een efficiënt proces dat in de groep van Barta was ontwikkeld voor de afbraak van lignine tot een precursorstof die bij uitstek geschikt is voor de productie van potentiële actieve ingrediënten. Op basis van dit molecuul creëerden de onderzoekers verschillende strategieën voor de synthese van vier verschillende stofklassen, elk met meerdere derivaten.

Een doorslaggevend voordeel was dat er naast de uitgangsstof lignine alleen andere niet-schadelijke en biologisch afbreekbare oplosmiddelen en reagentia in het proces werden gebruikt. Het gevestigde platform biedt dus een mogelijkheid voor de duurzame en groene productie van actieve precursorstoffen voor de ontwikkeling van geneesmiddelen – tot nu toe een zeldzaamheid in de farmaceutische industrie.

Nadat ze lignine met succes hadden omgezet in verschillende klassen van potentiële actieve stoffen, onderzochten de onderzoekers deze op hun biologische activiteit. "Bij het karakteriseren van onze gesynthetiseerde moleculen hebben we gekeken welke van de stoffen in staat waren de groei van verschillende soorten bacteriën, of zelfs kankercellen, te beïnvloeden", zegt Hirsch, hoofd van de afdeling Drug Design and Optimization bij HIPS en hoogleraar medicinale chemie. aan de Universiteit van Saarland.

"We waren aangenaam verrast:verschillende van de geproduceerde kandidaten vertoonden uitstekende activiteit, zelfs tegen ziektekiemen die in een klinische context vaak resistentie vertonen tegen gewone antibiotica en dus grote problemen veroorzaken. Dit toont ons aan dat onze strategie heel goed in staat is om tegemoet te komen aan de behoefte aan nieuwe verbindingen."

Een van de meest veelbelovende verbindingen is al getest in een infectiemodel op larven van de grote wasmot. Vergeleken met onbehandelde larven overleefden aanzienlijk meer larven de infectie met de ziekteverwekker Streptococcus pneumoniae wanneer ze gelijktijdig werden behandeld met het door de onderzoekers geproduceerde middel. S. pneumoniae kan ook mensen infecteren en ernstige longontsteking veroorzaken.

"Onze technologie stelt ons in staat moleculen te produceren die anders zeer moeilijk toegankelijk zijn – en wel op basis van een stof die normaal gesproken als afval zou worden beschouwd", zegt Barta, hoogleraar bio-organische chemie aan de Universiteit van Graz.

“We zijn er zeker van dat de productieprocessen van de toekomst groen en duurzaam zullen moeten zijn. Nu al is er in sommige delen van de farmaceutische productie al een kritisch tekort aan hulpbronnen. Dus als we erin slagen een economisch levensvatbaar alternatief op basis van lignine aan te bieden, zullen we kan twee problemen tegelijk aanpakken."

Omdat bij de productie van actieve ingrediënten momenteel vaak gebruik wordt gemaakt van op aardolie gebaseerde reagentia en uitgangsmaterialen, zou een overstap naar hernieuwbare hulpbronnen een belangrijke bijdrage kunnen leveren aan het verminderen van de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen. In verdere studies zijn de teams van de twee onderzoekers van plan hun meest veelbelovende verbindingen verder te onderzoeken en te optimaliseren.

Meer informatie: Anastasiia M. Afanasenko et al, Schone synthetische strategieën voor biologisch actieve moleculen uit lignine:een groen pad naar medicijnontdekking, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202308131

Journaalinformatie: Angewandte Chemie Internationale Editie

Aangeboden door Helmholtz Vereniging van Duitse Onderzoekscentra