MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung_Artemisinin_Malaria

Artemisinin (weiße Kristalle) lässt sich mit dem neu entwickelten Verfahren kostengünstiger, effizienter und umweltfreundlicher herstellen. (Bild: Bild: MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung)

| von Ansgar Kretschmer

Die Entdeckerin des Wirkstoffs, die Chinesin Youyou Tu, erhielt für diesen wichtigen Beitrag zur Bekämpfung parasitärer Erkrankungen 2015 den Nobelpreis für Medizin. Millionen von Infizierten können sich das effektive Artemisinin-Präparat allerdings nicht leisten. Zudem schwankt der Preis für das Medikament, weil die Substanz aus der vor allem in China und Vietnam wachsenden Pflanze je nach Jahreszeit mehr oder weniger gut verfügbar ist.

Das soll sich nun ändern: Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung haben in mehreren Schritten einen Weg entwickelt, den Wirkstoff einfacher herzustellen. Bereits 2012 hatten Peter Seeberger, Direktor der Abteilung Biomolekulare Systeme, und seine Kollegen herausgefunden, dass sich Artemisinin auch aus Dihydroartemisininsäure herstellen lässt, die als Nebenprodukt bei der Isolierung anfällt. Dieser Stoff liegt in der Pflanze in etwa zehnfach höherer Konzentration vor, wurde aber bislang verworfen. Zudem lässt sich Dihydroartemisininsäure leicht in gentechnisch veränderter Hefe erzeugen.

Einfache und preiswerte Fotochemie

Die Umwandlung von Dihydroartemisininsäure in Artemisinin gelingt mit einer fotochemischen Reaktion in einem einzigen Schritt. Sie ist außerdem in einem kontinuierlichen und somit großtechnisch realisierbaren Prozess möglich. „Die Fotochemie stellt ein einfaches und preiswertes Mittel dar, die Pharmaindustrie nutzt sie bislang aber nicht, weil sie sich so schlecht kontrollieren und kaum in großem Maßstab betreiben ließ“, erklärt Seeberger. In die großen Reaktionsgefäße, mit denen Industrieunternehmen arbeiten, dringen Lichtblitze von außen nicht tief genug.

Genau dieses Problem lösen die Wissenschaftler mit einem raffinierten Trick: Sie schicken das Reaktionsgemisch mit allen nötigen Zutaten durch einen dünnen Schlauch, den sie um eine Lampe mit ultraviolettem Licht gewickelt haben. In dieser Konstruktion durchdringt das Licht das gesamte Reaktionsmedium und bringt die chemische Umwandlung sehr effizient in Gang. „Wir betreiben die Synthese nicht als Eintopfreaktion in einem Gefäß, sondern in einem Durchflussreaktor; dies erlaubt es uns, die Reaktionsbedingungen sehr genau einzustellen“, erklärt Seeberger. So fließe aus dem Schlauch nach nur viereinhalb Minuten eine Lösung, in der 40 % der Dihydroartemisininsäure zu Artemisinin geworden sei. Nur rund 800 solcher Fotoreaktoren sollen ausreichen, um den Weltbedarf an Artemisinin zu decken.

Katalysator aus der Pflanze

Ein Team um Kerry Gilmore, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, hat dieses Verfahren nochmals deutlich verbessert. Die Forscher brauchen den pflanzlichen Ausgangsstoff jetzt nicht mehr aufwendig zu reinigen. Als Katalysator nutzen sie zudem das Chlorophyll der Pflanze. Bisher waren dafür teure und umweltschädliche Fotoaktivatoren notwendig. Somit können die Chemiker eine Lösung der Komponenten, so wie sie aus der Pflanze extrahiert wird, direkt in den kontinuierlichen Prozess einspeisen. Auf diese Weise schaffen sie nun in weniger als 15 Minuten, was in der Pflanze natürlicherweise etwa drei Wochen dauert. Der Prozess ist so effizient, dass sich damit das 50 bis 100-fache der natürlichen Konzentrationen an Dihydroartemisininsäure verarbeiten lässt.

Dieses chemische Produktionsverfahren ist das erste Beispiel dafür, dass nicht nur die Ausgangsstoffe für die Herstellung eines Arzneimittels oder Naturstoffs aus Pflanzen gewonnen werden. Auch der Katalysator, also das Werkzeug, das die Reaktion vorantreibt, kommt direkt aus den Pflanzen. Der Prozess sei ein „konzeptioneller Sprung in der Naturstoffsynthese“, sagt Seeberger: „Er bietet die Chance, nicht nur die Herstellung von Malariamedikamenten zu revolutionieren, sondern eröffnet auch neue Möglichkeiten für andere Arzneistoffe, die ähnlich hergestellt werden.“ [ak]

 

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