12.05.2020 - University of Newcastle-upon-Tyne

Durchbruch in der Chemie könnte Medikamentenentwicklung beschleunigen

Wissenschaftler haben erfolgreich eine neue Technik entwickelt, um zuverlässig Kristalle organisch löslicher Moleküle aus Tröpfchen im Nanomaßstab zu züchten und damit das Potenzial einer beschleunigten Entwicklung neuer Medikamente zu erschließen.

Chemieexperten der Universitäten Newcastle und Durham haben in Zusammenarbeit mit SPT Labtech die kleinen Kristalle aus nanoskaligen verkapselten Tröpfchen gezüchtet. Ihre innovative Methode, bei der inerte Öle verwendet werden, um den Verdunstungsverlust von Lösungsmitteln zu kontrollieren, hat das Potenzial, die Pipeline für die Arzneimittelentwicklung zu erweitern.

Während die Kristallisation von organisch löslichen Molekülen eine Technik ist, die von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt eingesetzt wird, ist die Fähigkeit, dies mit so kleinen Mengen an Analyten zu tun, bahnbrechend.

Durch den Einsatz dieser neuen Methode, die als Encapsulated Nanodroplet Crystallisation (ENaCt) bezeichnet wird, haben die Forscher gezeigt, dass Hunderte von Kristallisationsexperimenten innerhalb weniger Minuten aufgebaut werden können. Jedes Experiment besteht aus einigen Mikrogramm molekularen Analyten, die in einigen Nanolitern organischem Lösungsmittel gelöst und automatisiert sind, so dass Hunderte von einzigartigen Experimenten schnell und einfach durchgeführt werden können. Die Konzentration dieser Nanotropfen-Experimente führt zur Züchtung der gewünschten Einkristalle von hoher Qualität, die für die moderne Röntgenbeugungsanalyse geeignet sind.

Das Team unter der Leitung von Dr. Hall und Dr. Probert von der Universität Newcastle, Grossbritannien, veröffentlichte seine Ergebnisse in der Zeitschrift Chem und entwickelte erfolgreich einen neuen Ansatz für die molekulare Kristallisation, der innerhalb weniger Tage den Zugang zu qualitativ hochwertigen Einkristallen ermöglicht, während nur wenige Milligramm des Analyten benötigt werden.

Dr. Hall, Senior Lecturer in Chemie, Universität Newcastle, sagte: "Wir haben eine Kristallisationstechnik im Nanomaßstab für organisch-lösliche kleine Moleküle entwickelt, bei der mit Hilfe von Hochdurchsatz-Flüssigkeitsrobotern mehrere Kristallisationsexperimente gleichzeitig mit minimalem Probenbedarf und hohen Erfolgsraten durchgeführt werden.

"Diese neue Methode hat das Potenzial, weitreichende Auswirkungen innerhalb der Molekularwissenschaften und darüber hinaus zu haben. Die Grundlagenforschung wird von der sehr detaillierten Charakterisierung neuer Moleküle, wie Naturstoffe oder komplexe synthetische Moleküle, durch Röntgenkristallographie profitieren, während die Entwicklung neuer Medikamente durch die pharmazeutische Industrie durch den schnellen Zugang zu charakterisierten kristallinen Formen neuer pharmazeutischer Wirkstoffe beschleunigt wird.

Das Verständnis dieser neuen kristallinen Formen, die als Polymorphe bezeichnet werden, ist für die erfolgreiche Herstellung neuer pharmazeutischer Wirkstoffe und Arzneimittel von entscheidender Bedeutung. Die Fähigkeit, diese Formen schnell und in großem Maßstab zu untersuchen und gleichzeitig die Menge des benötigten Analyten zu minimieren, könnte ein Schlüsselfaktor sein.

Durchbruch ermöglicht durch das neue ENaCT-Protokoll

Dr. Paul Thaw von SPT Labtech fügte hinzu: "Es war mir eine Freude, diese Arbeit zur Entwicklung einer neuartigen Hochdurchsatzmethode für die Einkristall-Röntgenbeugung an mosquito® mit dem Newcastle-Team zu ermöglichen. Die Fähigkeit, organisch lösliche kleine Moleküle im Mikrogramm-Maßstab schnell zu screenen, wird wertvolle Erkenntnisse sowohl für die akademische Forschung als auch für die Entwicklung und Validierung pharmazeutischer Arzneimittel liefern".

Dr. Probert, Senior Lecturer in Anorganischer Chemie und Leiter der Kristallographie, Newcastle University, kommentierte "... dieser neue Ansatz zur Kristallisation hat die Fähigkeit, die wissenschaftliche Landschaft für die Analyse kleiner Moleküle zu verändern, nicht nur in den Bereichen der Entdeckung und Verabreichung von Medikamenten, sondern auch im allgemeineren Verständnis des kristallinen Festkörpers ...".

Das gesamte Team ist der Meinung, dass die ENaCt-Methodologie das Potenzial hat, einige der Vorurteile innerhalb der Molekularwissenschaften und darüber hinaus umzuschreiben.

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