Forschung am Lehrstuhl Pharmazeutische Biologie - Universit?t Regensburg_百利宫

Auffindung von biologisch aktiven Naturstoffen in Pflanzen und ihre pharmakologische Charakterisierung

Die historisch von der Pharmakognosie, das hei?t der Drogenkunde hergeleitete Disziplin "Naturstoffchemie" befasst sich, als deskriptives Teilgebiet der Biochemie mit der Isolierung, Strukturaufkl?rung, Synthese sowie den chemischen Eigenschaften biogener Substanzen. 百利宫_百利宫娱乐平台￥官网e entstammen überwiegend dem Sekund?r-, in weiterem Sinne auch dem Prim?rstoffwechsel von Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen.

Die pharmazeutisch-biologische Bedeutung der Naturstoffe ist vielf?ltig und liegt u. a. in ihrer Strukturdiversit?t begründet. Dabei gelingt es Pflanzen und anderen Organismen Substanzen zu produzieren, die in der synthetischen Chemie kaum realisierbar sind. W?hrend nur wenige Sekund?rstoffe direkt als Medikamente verwendet werden konnten (Taxol), haben zahlreiche Substanzen nach einer semisynthetischen Ver?nderung Eingang in die Therapie gefunden (Artemisinin, Camptothecin). Noch mehr Verbindungen haben als Leitstrukturen für Arzneistoffe Bedeutung erlangt oder dienen in der Molekular- und Zellbiologie als unverzichtbare Werkzeuge zur Aufkl?rung von zellul?ren Wirkungsmechanismen (Forskolin, Thapsigargin).

Der best?ndige Fortschritt auf den Gebieten der Chromatographie (HPLC), der Massenspektrometrie (MS) und der Kernresonanzspektroskopie (NMR) hat in den letzten Jahren zahlreiche weitere M?glichkeiten er?ffnet auch in niedrigen Konzentrationen vorliegende Sekund?rstoffe aus komplexen Matrices (z.B. Pflanzenextrakte) zu finden, zu isolieren und deren Struktur aufzukl?ren. 百利宫_百利宫娱乐平台￥官网 tr?gt zu einer weiteren Vervielf?ltigung der Strukturdiversit?t von Naturstoffen bei.

In die Suche nach neuartigen und biologisch aktiven Verbindungen werden zunehmend auch Methoden aus der Biochemie, der Zell- und der Molekularbiologie integriert. Neue Techniken der Zellkultur, der Rezeptorpharmakologie und der PCR erlauben immer neue Einsichten in die Wirkungsmechanismen von Naturstoffen und ihre m?glichst genaue pharmakologische Charakterisierung ("broadband-profiling"). In der Regel werden heute pharmakologische Testsysteme bereits w?hrend der Aufarbeitung und Trennung von Pflanzenextrakten eingesetzt. Im Rahmen der bioaktivit?tsgeleiteten Isolierung ("bioactivity-guided isolation") von Naturstoffen werden alle Fraktionen, die w?hrend der Aufarbeitung entstehen auf ihre biologische Aktivit?t untersucht. Weiter aufgereinigt werden dann nur solche, bei denen eine signifikante pharmakologische Aktivit?t feststellbar ist.

Im Rahmen der oben genannten Untersuchungen wird seit einiger Zeit auch ein fluoreszenzmikroskopisches High Content Screeningsystem (Carl Zeiss "Cell Observer") eingesetzt, um die biologische Aktivit?t von Fraktionen oder Reinstoffen an zellul?ren Modellen zu untersuchen (zur Seite des Mikroskopie-Labors des Lehrstuhls).

Die Auswahl der zu untersuchenden Organismen l?sst sich gem?? verschiedener Prinzipien vornehmen. Eine M?glichkeit besteht in der zuf?lligen ("random") Auswahl von Organismen. Eine weitere M?glichkeit ist die Nutzung von chemotaxonomischen Aspekten. Die Chemotaxonomie hat sich eng an die Sekund?rstoffchemie angelehnt und liefert wesentliche Beitr?ge zur Aufkl?rung von Verwandtschaftsbeziehungen bei Tieren, Pflanzen, Pilzen und Mikroorganismen. Sucht man nach neuen ("new") Substanzen, die einem bereits bekannten Naturstoff strukturverwandt und damit ?hnlich sind, so kann es hilfreich sein in nahe verwandten Arten zu suchen. M?chte man vollkommen neuartige ("novel") Strukturen auffinden so kann es günstig sein, Organismen zur Untersuchung auszuw?hlen, die sich entweder in extremen Habitaten entwickelt haben oder Biosynthesewege beschreiten, die in anderen Gruppen nicht vorkommen. Zahlreiche neuartige Strukturen wurden in den letzten Jahren z.B. aus marinen Organismen isoliert. Eine weitere M?glichkeit besteht in der Anwendung von ethnopharmakologischen Aspekten. Die Ethnopharmakologie besch?ftigt sich mit der systematischen Untersuchung von Arzneipflanzen der traditionellen Volksmedizin.

Zusammenfassend l?sst sich festhalten, dass die Wirkstoffsuche bei Pflanzen und auch bei anderen Organismengruppen einen aufwendigen integrierten Ansatz als Schnittmenge der Teildisziplinen Ethnobotanik, Naturstoffchemie und Molekularbiologie/Pharmakologie erfordert (siehe Abb. 1). In diesem Bereich ist der Forschungsschwerpunkt unserer Arbeitsgruppe angesiedelt.

Analytische Aspekte in der Arzneipflanzenforschung

Ein zweites Forschungsgebiet liegt im Bereich der Entwicklung von Analysenmethoden (insbesondere basierend auf DC, HPTLC und HPLC Verfahren) auf allen Ebenen der Herstellung und Qualit?tssicherung von pflanzlichen Arzneimitteln.

Die besondere Stellung der pflanzlichen Arzneimittel ergibt sich aus ihrer Gewinnung, ihrer komplexen Zusammensetzung und den damit verknüpften Problemen des Wirksamkeitsnachweises und der Analytik. Um die Qualit?t pflanzlicher Arzneimittel zu sichern, versucht man sich an einer Qualit?tsvereinheitlichung auf allen Stufen der Herstellung. 百利宫_百利宫娱乐平台￥官网 beginnt mit dem Anbau und der Gewinnung der Droge und führt bis zum fertigen Extrakt, mit dem Ziel zu einem definierten Standard zu gelangen (sog. Standardisierung). Um diese Qualit?t auf einem hohem Niveau abzusichern, ist ein wesentlich gr??erer analytischer Aufwand erforderlich als bei chemisch-definierten Einzelsubstanzen, da Arzneimittel die pflanzliche Zubereitungen enthalten (= Phytopharmaka) per definitionem Vielstoffgemische sind, die nicht nur aus wirksamen Verbindungen bestehen, sondern auch in eine vielgestaltige Matrix von begleitenden Substanzen eingebettet sind. In diesem Zusammenhang seien zwei Aspekte, die Verf?lschung von Arzneidrogen und die Stabilit?tsprüfung von pflanzlichen Arzneimitteln beispielhaft hervorgehoben.

Bevor ein pflanzliches Arzneimittel entstehen kann, müssen die Identit?t sowie auch die Reinheit des Drogenmaterials eindeutig festgelegt sein. Auftretende Verf?lschungen k?nnen zum einen toxikologisch bedenkliche Stoffe enthalten, oder zum anderen durch das Fehlen wirksamer Inhaltsstoffe die Qualit?t der Droge mindern. Wichtige und bis heute nicht ersetzbare Methoden der Qualit?tskontrolle sind in diesem Gebiet die Mikroskopie (unter Anwendung geeigneter F?rbungen) und die Dünnschichtchromatographie (DC, unter Anwendung geeigneter Sprühreagenzien). An die Seite der DC ist in den letzten Jahren die HPTLC (High Performance Thin Layer Chromatography) getreten. Stabilit?tsuntersuchungen bei Phytopharmaka umfassen quantitative und qualitative Untersuchungen der wirksamkeitsbestimmenden Verbindungen wie auch der Begleitsubstanzen. Trotz der Mannigfaltigkeit chromatographisch-spektroskopischer Verfahren ist hier die HPLC (High Performance Liquid Chromatography) die wichtigste und dank verschiedener Detektionsmethoden (DAD, MS) und station?rer Phasen auch in der Regel die leistungsf?higste Analysenmethode geblieben. Bei geeigneter Methodenentwicklung sind genaue quantitative Bestimmungen ebenso realisierbar wie die qualitative Analyse des Fingerprints einer pflanzlichen Zubereitung.

Ansprechpartner: Prof. Dr. em. Gerhard Franz, Prof. Dr. J?rg Heilmann