Forskerhold opnår gennembrud i produktionen af ​​et anerkendt kræftbehandlingsmiddel

Stanford University-forskere har opdaget en hurtig og bæredygtig måde at syntetisk fremstille en lovende kræftbekæmpende forbindelse lige i laboratoriet. Forbindelsens tilgængelighed har været begrænset, fordi dens eneste i øjeblikket kendte naturlige kilde er en enkelt planteart, der udelukkende vokser i en lille regnskovsregion i det nordøstlige Australien.

Forbindelsen, betegnet EBC-46 og teknisk kaldet tigilanoltiglat, virker ved at fremme en lokaliseret immunrespons mod tumorer. Reaktionen bryder tumorens blodkar fra hinanden og dræber i sidste ende dens kræftceller. EBC-46 er for nylig indledt i kliniske forsøg med mennesker efter dets ekstremt høje succesrate i behandlingen af ​​en slags kræft hos hunde.

I betragtning af dens komplekse struktur havde EBC-46 imidlertid fremstået syntetisk utilgængelig, hvilket betyder, at der ikke syntes at eksistere nogen plausibel vej til praktisk fremstilling af det i et laboratorium. Men takket være en smart proces demonstrerede Stanford-forskerne for første gang, hvordan man kemisk kan omdanne et rigeligt, plantebaseret udgangsmateriale til EBC-46.

Som en bonus kan denne proces producere EBC-46 "analoger" - forbindelser, der er kemisk ens, men som kan vise sig endnu mere effektive og potentielt behandle en overraskende bred vifte af andre alvorlige sygdomme. Disse sygdomme, som omfatter AIDS, multipel sklerose og Alzheimers sygdom, deler alle biologiske veje påvirket af EBC-46's mål, et nøgleenzym kaldet proteinkinase C eller PKC.

"Vi er meget begejstrede for at rapportere den første skalerbare syntese af EBC-46," sagde Paul Wender, Francis W. Bergstrom-professor ved School of Humanities and Sciences, professor i kemi og af høflighed i kemisk og systembiologi ved Stanford , og tilsvarende forfatter til en undersøgelse, der beskriver resultaterne i tidsskriftet Nature Chemistry . "At være i stand til at lave EBC-46 i laboratoriet åbner virkelig op for enorme forsknings- og kliniske muligheder."

Medforfattere til undersøgelsen er Zachary Gentry, David Fanelli, Owen McAteer og Edward Njoo, som alle er ph.d. studerende i Wenders laboratorium sammen med det tidligere medlem Quang Luu-Nguyen.

Wender formidlede den enorme tilfredshed, forskerholdet følte over EBC-46-syntesegennembruddet. "Hvis du skulle have besøgt laboratoriet de første par uger efter det lykkedes," sagde Wender, "ville du have set mine stjernekolleger smile fra øre til øre. De var i stand til at gøre noget, mange mennesker havde anset for umuligt."

Fra et fjerntliggende område

Tigilanol tiglate dukkede oprindeligt op gennem en automatiseret lægemiddelkandidatscreeningsproces af QBiotics, et australsk firma. I naturen optræder forbindelsen i frøene af den lyserøde frugt af rødmetræet, Fontainea picrosperma. Pungdyr som muskusrotte-kænguruer, der spiser rødmefrugt, undgår de tigilanol-tiglatrige frø, som ved indtagelse udløser opkastning og diarré.

Injektion af langt mindre doser af EBC-46 direkte i nogle solide tumorer modificerer den cellulære signalering af PKC. Specifikt foreslås EBC-46 at aktivere visse former for PKC, som igen påvirker aktiviteten af ​​forskellige proteiner i kræftcellerne, hvilket tiltrækker et immunrespons fra værtens krop. Den resulterende betændelse gør tumorens vaskulatur (blodkar) utætte, og denne blødning får tumorvæksten til at dø. I tilfælde af ydre, kutane maligniteter skurrer tumorerne op og falder af, og måder at afgive EBC-46 til interne tumorer er ved at blive undersøgt.

I 2020 godkendte både European Medicines Agency og Food and Drug Administration i USA en EBC-46-baseret medicin, solgt under varemærket Stelfonta, til behandling af mastcellekræft, de mest almindelige hudtumorer hos hunde. En undersøgelse viste en helbredelsesrate på 75 % efter en enkelt injektion og en frekvens på 88 % efter en anden dosis. Kliniske forsøg er siden påbegyndt for hud-, hoved- og halskræft og bløddelskræft hos mennesker.

Baseret på disse nye forsknings- og kliniske behov kombineret med kildefrøenes geografiske begrænsninger, har videnskabsmænd overvejet at oprette særlige plantager til rødmetræer. Men at gøre det giver en række problemer. For det første kræver træerne bestøvning, hvilket betyder, at den rigtige slags bestøvende dyr skal være ved hånden, plus træer skal plantes i passende tætheder og afstande for at hjælpe bestøvningen. Desuden påvirker sæson- og klimavariationer træerne sammen med patogener. Afsætning af grunde til rødmetræer giver yderligere problemer med arealanvendelsen.

"For bæredygtig, pålidelig produktion af EBC-46 i de mængder, vi har brug for," sagde Wender, "vi er virkelig nødt til at gå den syntetiske vej."

Lav EBC-46 fra bunden

Et godt udgangspunkt for at gøre EBC-46, indså Wender og kolleger, er den plante-afledte forbindelse phorbol. Mere end 7.000 plantearter producerer phorbolderivater på verdensplan, og phorbolrige frø er kommercielt billige. Forskerne valgte Croton tiglium, almindeligvis kendt som purging croton, en urt, der bruges i traditionel kinesisk medicin.

Det første trin i at forberede EBC-46, forklarer Wender, ligner en hverdagsoplevelse. "Du køber en sæk med disse frø, og det er ikke ulig at lave kaffe om morgenen," sagde Wender. "Du maler frøene og løber noget varmt opløsningsmiddel igennem dem for at udtrække den aktive ingrediens," i dette tilfælde en phorbol-rig olie.

Efter at have behandlet olien for at give phorbol, skulle forskerne så finde ud af, hvordan de kunne overvinde den tidligere uoverstigelige udfordring med at dække en del af molekylet, kaldet B-ringen, med omhyggeligt placerede iltatomer. Dette er nødvendigt for at sætte EBC-46 i stand til at interagere med PKC og modificere enzymets aktivitet i celler.

For at vejlede deres kemiske og biologiske undersøgelser stolede forskerne på instrumentering ved Stanford Neuroscience Microscopy Service, Stanford Cancer Institute Proteomics/Mass Spectrometry Shared Resource og Stanford Sherlock-klyngen til computermodellering.

Med denne vejledning lykkedes det for holdet at tilføje ekstra iltatomer til phorbols B-ring, først via en såkaldt ene (udtales "een") reaktion udført under strømningsforhold, hvor reaktanter blandes, mens de løber sammen gennem rør. Holdet introducerede derefter andre B-ringgrupper på en trinvis, kontrolleret måde for at opnå de ønskede rumlige arrangementer af atomerne. I alt krævedes der kun fire til seks trin for at opnå analoger af EBC-46 og et dusin trin for at nå selve EBC-46.

Wender håber, at den langt bredere tilgængelighed af EBC-46 og dets PKC-påvirkende fætterforbindelser, som denne banebrydende tilgang giver, vil fremskynde forskningen i potentielt revolutionerende nye behandlinger.

"Efterhånden som vi lærer mere og mere om, hvordan celler fungerer, lærer vi mere om, hvordan vi kan kontrollere den funktionalitet," sagde Wender. "Denne kontrol af funktionalitet er særlig vigtig i forbindelse med håndteringen af ​​celler, der går gale i sygdomme lige fra kræft til Alzheimers."

Wender er også medlem af Stanford Bio-X og Stanford Cancer Institute og stipendiat hos Sarafan ChEM-H. + Udforsk yderligere

Kemi giver en ny forsyning af en lovende kræft- og HIV-behandling