Arzneiarchitekten mit molekularen Lego-Bausteinen

Denn Salicylate sind nichts anderes als die Wirkstoffe, die in Schmerzmitteln wie Aspirin wirken. Und diese Salicylate versucht der Promotionsstudent des Departments Life, Light & Matter an der Interdisziplinären Fakultät der Universität Rostock zu verändern.

Sein Ziel sind allerdings nicht in erster Linie neue Medikamente, die einen Kater nach partybedingten Alkoholgenuss mildern. Sebastian Reimann arbeitet vielmehr in der großen Gruppe von Peter Langer, die mit ihrer Forschung zu wegweisenden Synthesen von unzähligen ähnlichen Verbindungen auf neuartige Krebs-Medikamente oder auch Antibiotika zielt. Die Salicylate sind nur eines von vielen Beispielen, deren Grundprinzip Peter Langer erklärt: "Fluor-Atome sind nicht viel größer als Wasserstoff-Atome und können diese daher in einem Molekül gut ersetzen. Dort aber ziehen sie die Elektronen stark an."

So verteilen sich die Elektronen ungleichmäßig im Molekül, Chemiker nennen das "dipolar". Auch die Membranen der Zellen im Organismus haben eine solche ungleiche Elektronenverteilung. Daher können die dipolaren Moleküle aus Rostock Membranen oft viel leichter passieren als herkömmliche Medikamente. Genau das ist der Knackpunkt: Von etlichen Wirkstoffen auf dem Pharma-Markt erreicht oft nur ein winziger Bruchteil die Stelle im Organismus, an der sie wirken sollen, weil sie nicht durch die Membran kommen. Die Fluoratome könnten also die Wirkung des Medikaments verbessern. In diesen Substanzen ist die Bindung von den Fluor-Atomen zum Kohlenstoff sehr stabil. "Im Organismus häufige Reaktionen wie die Hydrolyse können sie nicht aufspalten", erläutert Langer weiter.

Diese Fluorverbindungen sind also auch keine Bio-Zeitbomben, die nach einiger Zeit im Körper andere Fluorverbindungen freisetzen könnten. Wie aber bekommt man die Fluor-Atome in diese Verbindungen? Die Lösung dieses Problems ist die Domäne von Langer und seiner großen Gruppe. Die Chemiker lassen kleine Moleküle wie eine Butadien genannte Verbindung so miteinander reagieren, dass sie sich zu Ringen zusammenschließen, die den Salicylaten und vielen anderen Wirkstoffen ähneln. An diese Butadiene hängen die Forscher ohne große Probleme entsprechende Fluorverbindungen oder auch andere chemische Gruppen, die später auch in den fertigen Wirkstoffen auftauchen.

"Damit haben wir so etwas wie molekulare Lego-Bausteine in der Hand, mit denen wir sehr viele unterschiedliche Substanzen herstellen können", erklärt Langer die vielfältigen Möglichkeiten dieser Methode. Mit diesen Lego-Bausteinen bastelt also Sebastian Reimann seine Salicylate. Die ersten dieser Verbindungen hat er bereits in seiner Diplomarbeit hergestellt. Der Pharmakologe Michael Lalk von der Universität Greifswald testet zurzeit, ob sie sich vielleicht als neue Antibiotika, Krebsmedikamente oder auch als Aids-Mittel eignen könnten.

Natürlich funktioniert das Ganze nicht einfach durch Zusammenkippen der Substanzen. "Die Reaktionen werden von Lewis-Säuren katalysiert", erläutert Reimann seine Arbeit. Mit diesen Katalysatoren entstehen Zwischenverbindungen, die so extrem kurzlebig sind, dass sie kaum beobachtet werden können. In dieser kurzen Zeit aber beschleunigen sie die Reaktionen enorm, erhöhen die Ausbeute oder lenken das Geschehen in eine von mehreren verschiedenen Richtungen.

Zu "grünerer Chemie"

Um mehr über diese Zwischenverbindung zu erfahren, arbeitet Sebastian Reimann nicht mehr im Chemieinstitut, sondern im Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock. Dort berechnen Quantenchemiker wie Oliver Kühn diese Verbindungen. Diese Zusammenarbeit zwischen Theoretikern und Praktikern aber führt rasch zu neuen Ergebnissen.

"Wenn wir die Katalyse besser verstehen, können wir auch die Katalysatoren optimieren", erklärt Reimann. Am Ende könnten weitere neue Wirkstoffe stehen, die Krankheiten besser heilen aber vielleicht auch schneller, billiger und mit weniger Energie und Ausgangsstoffen hergestellt werden können. Nebenbei wäre das sogar ein Schritt zu einer "grüneren Chemie". Und das verstehen sogar die Nicht-Chemiker auf der Wochenendparty.