Einer der wichtigsten Schritte bei der Medikamentenentwicklung besteht darin, die atomare Struktur von biologisch aktiven Substanzen aufzuklären. Häufig wird der detaillierte dreidimensionale Aufbau des Wirkstoffes mittels der Röntgenstrukturanalyse von Einkristallen bestimmt. Die Züchtung von geeigneten Monokristallen ist aber schwierig und zeitintensiv.
Bernhard Spingler, Professor am Institut für Chemie der Universität Zürich, kam auf die Idee, eine Methode, die zum Kristallisieren von Proteinen benutzt wird, in veränderter Form für das Kristallisieren von organischen Salzen zu verwenden. Damit lassen sich die Kristallstrukturen von mehreren organischen Salzen erheblich schneller und mit viel weniger Arbeitsaufwand bestimmen, wie die Uni Zürich am Montag mitteilte.
«Da rund 40 Prozent der medizinischen Wirkstoffe organische Salze sind, kann die neue Methode dazu beitragen, Medikamente erheblich schneller zu entwickeln als bisher», wird Spingler in der Mitteilung zitiert.
Um bestimmte pharmazeutische Wirkstoffe zu entwickeln, müssen zunächst feste Salze von organischen Molekülen aufbereitet werden. Je nach dem, aus welchen positiv und negativ geladenen Teilen ein organisches Salz besteht, verändern sich dessen Eigenschaften wie Löslichkeit, Kristallform, Wasseraufnahmefähigkeit, Schmelzpunkt und Stabilität. Die Suche nach dem idealen negativ geladenen Anion zum positiv geladenen Kation des Salzes war bis anhin «ein sehr ressourcenintensives Verfahren», wie es heisst.
Durch die halbautomatische Kombination von Ionenaustausch-Screening und Dampfdiffusion zur Kristallisierung gelingt dies nicht nur schneller und billiger. «Da bereits kleinste Mengen reichen, lassen sich die Strukturen der Salzkombinationen direkt nach dem Screening bestimmen», so Spingler.
Den Durchbruch bei der Anpassung der Methode von Proteinen auf organische Salze erzielte laut der Mitteilung ein Praktikant in Spinglers Forschungsgruppe. «Philipp Nievergelt leistete die aufwändige Arbeit, die Möglichkeit einer solchen Adaptation experimentell zu überprüfen und zu beweisen», teilte der Chemieprofessor auf Anfrage mit.
Dazu musste Nievergelt die Eigenschaften von mehr als 70 Salzen in der Literatur finden oder, falls nicht bekannt, experimentell bestimmen. Die meisten dieser Salze sind kommerziell erhältlich, gewisse mussten aber eigens hergestellt werden. Schliesslich testete der Praktikant mehr als 150 wässrige Lösungen auf ihre Eignung, organische Salze zu kristallisieren.
Nievergelt, der nach seiner Matura zehn Monate lang im Labor des Kristallografieexperten Forschungsluft schnupperte, ist nun Erstautor der Publikation, die in «Chemical Science» erschien. Der erfolgreiche Jungforscher studiert mittlerweile Wirtschaftschemie an der Uni Zürich. «Das Praktikum hat mich für die Laborarbeit begeistert und angespornt weiterzuforschen», so Nievergelt.