zum Directory-modus

Kombinatorisches Wirkstoffdesign

Kombinatorische Synthese

Die kombinatorische Synthese erzeugt unter identischen Bedingungen in kurzer Zeit und auf systematische Weise eine große Zahl unterschiedlicher, aber dennoch über gemeinsame Baugerüste verwandte Substanzen.

Abb.1
Das Prinzip der Festphasen-Synthese
Abb.2

Systematische Variation der Substituenten einer gemeinsamen Vorlage (englisch template; englisch scaffold = Baugerüst oder core = Kern) wieder am Beispiel der Benzodiazepine.

Die meisten kombinatorischen Substanzbibliotheken werden mit Hilfe von Festphasen-Synthesen (solid phase synthesis) entwickelt. Hierbei wird die Kernregion der Ausgangsstoffe über einen Linker an ein Polymer (in der Regel vernetzte Polystyrole) gebunden.

Die Vorteile dieses Verfahrens sind eine nahezu vollständige Umsetzung in den Reaktionen (oft mehr als 99,8 % Ausbeute pro Reaktionsschritt) und die einfache Kompartimentierung und Automatisierung der Synthesen in einem kombinatorischen Reaktionsansatz. Nach Abschluss der Reaktion werden die Reaktionsprodukte entweder im Komplex mit den Polymeren getestet, oder die Polymere und Linker werden vorab durch geeignete Methoden wie z.B. ein niedriger pH oder UV-Strahlung von den Reaktionsprodukten abgespalten. Erst seit wenigen Jahren gibt es verstärkte Anstrengungen, Bibliothekssynthesen in Lösung durchzuführen (solution phase synthesis = Flüssigphasen-Synthese), da die Festphasen-Synthese auch einige Nachteile zeigt. So ist es recht kompliziert oder gar unmöglich, den Ablauf von Festphasen-Synthesen zu überwachen. Ein weiteres Manko ist das eingeschränkte Repertoire bekannter Reaktionsmechanismen.

Abb.3
Kombinatorische Festphasen-Chemie
Foto und Quelle der Animation: Argonaut Technologies
Kombinatorische Festphasen-Chemie:

A
Schema eines Reaktionsblocks für die Festphasen-Synthese (solid-phase synthesis).
B
Polymerkügelchen (englisch beads): Jedes Kügelchen enthält 50-200 pmol eines einzelnen Produkts.
C
Der speziell für die mehrstufige Festphasen-Chemie geeignete Quest 210 SLN Syntheseroboter.

Hinweis: Halten Sie die Maus über das Bild, um den Roboter in Aktion zu sehen!

Eine wichtige Methode der Festphasen-Synthese verwendet kleine Polymerkügelchen als Trägermaterial (englisch one bead-one compound = ein Kügelchen-eine Substanz) und basiert auf einem ausgeklügelten Verteilungssystem der Ausgangsstoffe, das als split-and-combine- oder mix-split-Technik (englisch für Mischen-und-Trennen) bezeichnet wird. Damit wird erreicht, dass sich in jedem Kügelchen nur ein einziges Reaktionsprodukt befindet. Die kombinatorische Synthese ist heute in weiten Teilen voll automatisiert. Sie wird in Analogie zu den automatisierten Testverfahren als High-Troughput-Synthesis (englisch für Hochdurchsatz-Synthese) bezeichnet.

Abb.4
Split-and-Combine-Technik

Die split-and-combine-Technik (one bead-one compound) im Vergleich zur einer klassischen Parallel- oder Matrix-Synthese. Jedes Kügelchen reagiert nur mit einem Monomer pro Reaktionsschritt. Daher sind bereits wenige Schritte ausreichend, um eine hohe Variabilität zu erreichen In unserem Beispiel reichen zwei Reaktionsschritte aus, um 9 verschiedene Produkte zu erhalten (32) - kommt ein dritter Schritt hinzu, so sind es bei 3 verschiedenen Monomeren bereits 33 Varianten. Im Vergleich hierzu wären für die gleiche Produktdiversität nach dem Parallel- oder Matrix-Ansatz 9 bzw. 27 Einzelsynthesen erforderlich. In jedem Schritt entstehen jedoch auch Kügelchen, die multiple Kopien des gleichen Monomers enthalten (im Beispiel AA, BB, CC). Da das Mischen und Neuverteilen der Kügelchen ausschließlich auf statistischem Wege geschieht, ist es wichtig, mehrere redundante Ansätze zu fahren (mindestens 3!), will man sicherstellen, dass mindestens 95 % der theoretisch möglichen Substanzen gebildet werden.

Seite 2 von 9