Forskere etablerer grøn medicinalproduktion fra træaffald

Bæredygtige og miljøvenlige produktionsprocesser spiller en stadig vigtigere rolle i næsten alle industrigrene. Især fremstillingen af ​​aktive farmaceutiske ingredienser involverer brugen af ​​forskellige materialer og reagenser, hvoraf mange har miljøskadelige egenskaber og derfor kræver en kostbar behandling og bortskaffelse.

Forskere ved University of Graz og Helmholtz Institute for Pharmaceutical Research Saarland (HIPS) er nu lykkedes med at udvikle en strategi for syntese af aktive farmaceutiske ingredienser fra træaffald, der ikke involverer skadelige udgangsmaterialer eller biprodukter. Holdet offentliggjorde sine resultater i tidsskriftet Angewandte Chemie International Edition .

Grundlaget for den udviklede strategi om at producere nye aktive ingredienser er forbindelsen lignin. Lignin er en biopolymer, der findes i planter og er ansvarlig for deres lignificering og stabilitet. Kemisk er lignin opbygget af et stort antal forskellige aromatiske forbindelser, der er bundet sammen. Hvis lignin nedbrydes til dets individuelle byggesten, kan disse bruges til at producere højværdiprodukter såsom brændstoffer eller finkemikalier. Da lignin er en af ​​de mest udbredte organiske forbindelser i verden, kan det opnås både bæredygtigt og i store mængder.

Holdene af Anna Hirsch (HIPS) og Katalin Barta (University of Graz) har nu med succes demonstreret, at det også er muligt at bruge lignin til fremstilling af aktive farmaceutiske ingredienser i en miljøvenlig proces. HIPS er et websted for Helmholtz Center for Infektionsforskning i samarbejde med Saarland University.

Udgangspunktet for undersøgelsen var en effektiv proces etableret i Bartas gruppe til nedbrydning af lignin til et prækursorstof, der er ideelt egnet til fremstilling af potentielle aktive ingredienser. Baseret på dette molekyle skabte forskerne flere strategier til syntese af fire forskellige stofklasser, hver med flere derivater.

En afgørende fordel var, at der udover udgangsstoffet lignin kun blev anvendt andre ikke-skadelige og biologisk nedbrydelige opløsningsmidler og reagenser i processen. Den etablerede platform giver således mulighed for bæredygtig og grøn produktion af aktive prækursorstoffer til lægemiddeludvikling - indtil videre en sjældenhed i medicinalindustrien.

Efter at have konverteret lignin til forskellige klasser af potentielle aktive stoffer, undersøgte forskerne dem for deres biologiske aktivitet. "Ved karakteriseringen af ​​vores syntetiserede molekyler så vi på, hvilke af stofferne der var i stand til at påvirke væksten af ​​forskellige typer bakterier, eller endda kræftceller," siger Hirsch, leder af afdelingen for lægemiddeldesign og -optimering hos HIPS og professor i medicinsk kemi. ved Saarlands Universitet.

"Vi blev positivt overraskede:Flere af de fremstillede kandidater udviste fremragende aktivitet, selv mod bakterier, der ofte viser resistens over for almindelige antibiotika i en klinisk kontekst og dermed forårsager store problemer. Dette viser os, at vores strategi er ganske i stand til at imødekomme behovet for nye forbindelser."

En af de mest lovende forbindelser er allerede blevet testet i en infektionsmodel på larver af den store voksmøl. Sammenlignet med ubehandlede larver overlevede signifikant flere larver infektion med patogenet Streptococcus pneumoniae, når de samtidig blev behandlet med stoffet produceret af forskerne. S. pneumoniae kan også inficere mennesker og forårsage alvorlig lungebetændelse.

"Vores teknologi giver os mulighed for at producere molekyler, som ellers er meget svære at få adgang til - og på basis af et stof, der normalt ville blive betragtet som affald," siger Barta, professor i bioorganisk kemi ved universitetet i Graz.

"Vi er sikre på, at fremtidens produktionsprocesser skal være grønne og bæredygtige. Allerede i dag er der kritisk mangel på ressourcer i nogle dele af medicinalproduktionen. Så hvis det lykkes os at tilbyde et økonomisk bæredygtigt alternativ baseret på lignin, vil vi kan løse to problemer på én gang."

Da produktionen af ​​aktive ingredienser i dag ofte anvender oliebaserede reagenser og udgangsmaterialer, vil et skift til vedvarende ressourcer yde et vigtigt bidrag til at mindske afhængigheden af ​​fossile brændstoffer. I yderligere undersøgelser planlægger de to forskeres hold at undersøge og optimere deres mest lovende forbindelser yderligere.

Flere oplysninger: Anastasiia M. Afanasenko et al., Clean Synthetic Strategies to Biologically Active Molecules from Lignin:A Green Path to Drug Discovery, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202308131

Journaloplysninger: Angewandte Chemie International Edition

Leveret af Helmholtz Association of German Research Centres