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1 - Einleitung zur Themenreise Wirkstoffe

Die Optimierung von Leitstrukturen

Abb.1
Operation unter Narkose im 19. Jahrhundert

Zu Beginn der Arzneimittelforschung im 19. Jahrhundert spielte der Zufall eine sehr wichtige Rolle. So gehen wichtige Entdeckungen wie die narkotisierenden Wirkungen des Lachgases (N2O, 1799 durch Humphry Davy) und des Ethers (1842 durch C.W. Long) auf zufällige Beobachtungen zurück. Erstaunlicherweise spielten zu dieser Zeit Farbstoffe eine wichtige Rolle bei der Arzneistoffsuche. 1856 wurde bei Versuchen zur Darstellung von Chinin, das damals gegen Malaria eingesetzt wurde, der erste synthetische Farbstoff Mauvein aus Allyltoluidin erzeugt. In den folgenden Jahren wurden Farbstoffe generell auf ihre pharmakologischen Eigenschaften hin untersucht. Viele auch heute noch erfolgreiche Pharma- und Chemiekonzerne begannen ihre Geschichte mit der Herstellung von Farbstoffen.

Vor etwa einhundert Jahren wurden in der pharmazeutischen Chemie auf Basis des durch zufällige Beobachtungen erhaltenen Wissens rationelle Konzepte zur Entwicklung neuer Medikamente eingesetzt. Mit der Strukturaufklärung vieler Hormone und Vitamine setzte ab den 30er Jahren des vorigen Jahrhunderts eine stürmische Entwicklung in vielen verschiedenen Indikationsgebieten ein.

In den folgenden Jahren entwickelte sich eine Strategie, ausgehend von natürlichen Wirkstoffen oder zufällig aufgefundenen Leitstrukturen über systematische Variationen der chemischen Strukturen zu neuen Arzneimitteln zu gelangen. So leiten sich viele lokale Anästhetika vom Cocain ab. Das als Hustenmittel eingesetzte Codein leitet sich vom Schmerzmittel Morphium ab. Jedoch leitet sich auch die Droge Heroin vom gleichen Stoff ab und zeigt so, dass eine nützliche Entdeckung auch ihre Schattenseiten haben kann.

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Abb.2
Morphium (Morphin)
Abb.3
Codein
Abb.4
Heroin

Die Isolierung und Strukturaufklärung potentieller Wirkstoffe aus natürlichen Materialien spielt in der Arzneimittelforschung auch heute noch eine besondere Rolle. Wichtiger als die Entdeckung neuer Arzneistoffe ist dabei ihre Bedeutung als Leitbild (Leitstruktur) für neue synthetische Wirkstoffe und wichtiger als die Totalsynthese eines komplizierten Naturstoffs ist in der Regel dessen Reduktion auf die essentielle Wirkstruktur. Auf diese Weise kann es gelingen, aus einem komplexen Naturstoff durch systematische Vereinfachung strukturelle Analoga mit identischer oder sogar verbesserter Wirkung zu erzeugen.

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