Nachhaltige Wirkstoffforschung Von Naturstoffen zu besseren Arzneimitteln

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Inspiration aus der Natur in biochemisches Verständnis formen: Das Team um Chemieprofessorin Tanja Gulder an der Universität des Saarlandes entwickelt neue Ansätze für die Wirkstoffforschung. Ein aktuelles Projekt zielt darauf ab, Halogene auf umweltfreundliche und energieeffiziente Art in organische Verbindungen einzubauen.

An der Universität des Saarlandes arbeitet eine Gruppe für Organische Chemie daran, Medikamente wirksamer zu machen oder neue Wirkstoffe zu entwickeln. Dazu verändern die Forscher um Professorin Tanja Gulder die Molekülstruktur von Arzneistoffen und testen, wie sich das auf die Bioaktivität der Substanzen auswirkt.

Die Wissenschaftler sind darauf spezialisiert, diese kleinsten Bausteine der Substanzen zu „tunen“, und zwar mit neuen, nachhaltigen Methoden, die umweltfreundlich und ressourcenschonend sind. Hierfür holen sich Gulder und ihr Team Inspiration bei der erfahrensten und ideenreichsten Apothekerin überhaupt: der Natur. Nach ihrem Vorbild und mit ihren Tricks, die in Jahrmilliarden ausdauernder Entwicklungszeit gereift sind, arbeiten sie daran, Wirkstoffmoleküle zu verbessern.

Wirkstoffsynthese unter Anleitung der Natur

„Die Natur kann uns helfen, zu erreichen, was wir heute noch nicht können. Wir gehen in unserer Forschung der Frage auf den Grund, wie sie in ihrer grünen Apotheke Heilstoffe erschafft. Dabei wollen wir herausfinden, wie genau diese Naturstoffe wirken und was wir uns hiervon abschauen können“, erklärt Gulder, die unter anderem an zwei Sonderforschungsbereichen und zwei Graduiertenkollegs der Deutschen Forschungsgemeinschaft beteiligt ist. „Wir arbeiten daran, die Methoden der Natur zu verstehen und nachzuvollziehen, welche Moleküle sie zu welchem Zweck herstellt und wie sie das tut. Ziel ist, ihre Chemie auf das Reagenzglas zu übertragen, um Wirkstoffe neu- oder weiterzuentwickeln“, sagt die Chemikerin. Mit ihrem Team stattet sie auf diese Weise Wirkstoffe von innen heraus mit neuen, maßgeschneiderten Eigenschaften aus.

Moleküle editieren statt neu bauen

Mit „Badewannenchemie“ zu neuen Wirkstoffmolekülen

Eine solche, bereits bekannte Methode baut Halogene wie Fluor, Chlor, Brom oder Iod in organische Verbindungen ein. Die Natur macht solche Halogenverbindungen vor: Bestimmte Biokatalysatoren, auch Halogenasen genannt, bauen auf Naturstoffe auf, die in ihrer Molekülstruktur mindestens ein Halogenatom enthalten. Nach diesem Vorbild „halogenierte“ Produkte, etwa Antibiotika oder Krebsmedikamente, zeigen oft stärkere biologische Aktivitäten und gehen leichter chemische Reaktionen mit anderen Substanzen oder ihrer Umgebung ein.

Halogenierte Arzneistoffe herstellen

Auf diesem Gebiet forscht Joscha Meiers. Der promovierte Apotheker und chemische Biologe will derart getunte Moleküle mit umweltfreundlicheren Methoden herstellen als bisher möglich, um künftig Arzneistoffe zu verbessern oder neue entwickeln zu können. „Viele Syntheseschritte bei der Herstellung von Arzneimitteln basieren auf organischen Halogenverbindungen. Sie dienen etwa als reaktionsfreudige Bausteine, um komplexe Wirkstoffe aufzubauen“, erklärt Meiers. „Etwa ein Drittel der zugelassenen Arzneimittel tragen heute mindestens ein solches eingebautes Halogen in ihren Molekülverbindungen; bei Pestiziden ist diese Zahl sogar deutlich höher“, ergänzt der Pharmazeut.

„Bislang ist es jedoch schwierig, die Halogenatome möglichst effizient in organische Verbindungen einzubauen. Nur ein kleiner Teil der genutzten Reagenzien wird letztlich ins Molekül eingebracht, der größte Teil landet in der Entsorgung“, erklärt Meiers. „Die heutigen Methoden für solche Halogenverbindungen sind zudem sehr energieintensiv. Man braucht hohen Druck, große Hitze und schwer recyclebare Lösungsmittel – die Verfahren sind also insgesamt nicht sehr umweltfreundlich“, sagt der Forscher.

Synthese bei milden Bedingungen als Ziel

Gulders Team ist spezialisiert auf neue Methoden, um Halogenatome auf „milde“ Weise, umweltschonend und effizient in organische Moleküle einzubauen. Dies ist der Grund, warum Meiers an die Universität des Saarlandes kommt: Der Forscher arbeitet in Gulders Arbeitsgruppe jetzt daran, solche Verbindungen auf bessere Art herzustellen. Er entwickelt neue biokatalytische Methoden, um diese Verbindungen unter sehr energiefreundlichen Bedingungen bei Raumtemperatur in Wasser herzustellen.

Dabei wird er gefördert mit einem Marie Skłodowska-Curie Postdoctoral Fellowship: Die Europäische Kommission zeichnete Meiers hiermit im Rahmen des EU-Forschungsrahmenprogramms „Horizont Europa“ 2026 aus. Das prestigeträchtige Forschungsstipendium unterstützt promovierte Wissenschaftler und fördert Exzellenz in der Forschung.