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Ein Schlüssel zu neuen Medikamenten

Winzige Metallbausteine könnten das Herzstück neuer Wirkstoffe werden.

Ruhr-Universität Bochum am 15.01.20


Nils Metzler-Nolte kooperierte mit seinem Kollegen Seth Cohen aus den USA, der als Gast der RUB Research School in Bochum war.
© RUB, Marquard

Ein deutsch-amerikanisches Forschungsteam hat ein neues Konzept zur Herstellung von Wirkstoffen gegen Krebs, Bakterien oder Viren vorgestellt: Dreidimensionale metallhaltige Moleküle, die in alle Richtungen Verbindungen mit anderen Molekülen, sogenannten Liganden, eingehen, funktionieren wie Bausteine. Indem man sie mit weiteren Funktionen ausstattet, kann man schneller zu neuen Medikamenten gelangen, hofft das Team um Prof. Dr. Nils Metzler-Nolte von der Ruhr-Universität Bochum (RUB) und Prof. Dr. Seth Cohen von der University of California in San Diego (UCSD). Das Team berichtet in der Zeitschrift Chemical Science vom 15. Januar 2020. Ihre Arbeit ist als „Pick of the week“ hervorgehoben.

Neue Schlüssel für andere Schlösser

Das Besondere an den molekularen Bausteinen ist ihre dreidimensionale Gestalt. Organische Verbindungen, auf denen Wirkstoffe heute meistens beruhen, sind eher länglich oder flach. „Man kann sich diese Verbindungen wie einen Schlüsselrohling vorstellen“, erläutert Seth Cohen. „Herkömmliche, flache Schlüssel passen in konventionelle Schlösser, aber für andere Schlösser brauchen wir anders geformte Schlüssel.“

Metallzentrum mit Liganden

Die einzigartige dreidimensionale Gestalt der neuen Bausteine beruht darauf, dass sich in der Mitte ein Metallzentrum befindet, das in alle drei Raumrichtungen Bindungen mit anderen Molekülen eingehen möchte und kann. Das erlaubt es den Bausteinen, an wichtige Biomoleküle zu binden, mit denen man Krankheiten behandeln kann.

Rohlinge anpassen

Bei der Auswahl der Metallverbindungen kam es den Forschern vor allem darauf an, dass sie nicht zu groß sind, dass sie mit anderen Molekülen wechselwirken können und dass sie die Möglichkeit zur weiteren Funktionalisierung haben. „Denn die Verbindungen selbst sind keine Wirkstoffe gegen Erkrankungen“, unterstreicht Nils Metzler-Nolte. „Wir stellen hier ein Konzept vor, mit dem man schneller und effizienter zu Grundbausteinen für mögliche neue Medikamente kommen kann.“ Wie der Schlüsselrohling braucht es eine Anpassung, um ins Schloss zu passen oder eben ein Wirkstoff zu werden. „Wir hoffen, dass einige dieser Bausteine in acht bis zehn Jahren Bestandteil neuer, vielleicht lebensrettender Medikamente sein werden“, so Seth Cohen.

Förderung

Seth Cohen war mit einem VIP-Grant der RUB Research School mehrfach zu Gast in Bochum. „Das hat es uns ermöglicht, uns die Zeit zu nehmen, gemeinsam Pläne zu schmieden“, unterstreicht Nils Metzler-Nolte. „Wir konnten unsere Leidenschaft und unsere Kenntnisse in anorganischer und medizinscher Chemie auf neue und kreative Art zusammenbringen und nebenbei auch noch eine persönliche Freundschaft entwickeln“, so Seth Cohen zu der erfolgreichen Zusammenarbeit. Mit-Autorin Anna Cordes wurde von der RUB Research School mit einem Stipendium gefördert.

Die Arbeiten wurden darüber hinaus gefördert vom National Institute of General Medical Sciences (Förderkennzeichen F32 GM125233), vom National Institute of Allergy and Infectious Diseases (Förderkennzeichen R21 AI138934), vom Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada sowie von der National Science Foundation (Förderkennzeichen DGE-1650112).

Originalveröffentlichung

Christine N. Morrison, Kathleen E. Prosser, Ryjul W. Stokes, Anna Cordes, Nils Metzler-Nolte, Seth M. Cohen: Expanding Medicinal Chemistry into 3D Space: Metallofragments as 3D scaffolds for fragment-based drug discovery, in: Chemical Science 2020, DOI: 10.1039/c9sc05586j

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