Institut für Pharmazie
Pharmazeutische und Medizinische Chemie

Neue Wirkstoffe

Mit Hilfe von 3D-Modellen von Rezeptoren und aktiven Wirkstoffen identifizieren wir erfolgreich neue Ausgangsstrukturen für die weitere Arzneistoffentwicklung. Hierbei kombinieren wir in silico Screenings mit in vitro Experimenten, um effizient aktive Substanzen zu finden. In unseren laufenden Projekten konnten wir Dopaminrezeptor-Liganden finden und auf ihre Selektivität hin charakterisieren, β-Tubulin-bindende Wirkstoffe entdecken und in Kooperation mit Synthetikern unsere zwei Substanzgruppen weiterentwickeln helfen: anti-entzündliche Diflapolinderivate und Dihydrochalkone, die ein breites Wirkspektrum aufweisen.

Physikochemische Eigenschaften von Testsubstanzen

Neue Wirkstoffe müssen nicht nur gute Rezeptorbindungseigenschaften aufweisen, sie müssen auch geeignete physikochemische Eigenschaften haben, um als Arzneistoffe in Frage zu kommen. Neben der computer-basierten Berechnung dieser Eigenschaften bauen wir in vitro Testsysteme auf, die physikochemische Eigenschaften erfassen und berücksichtigen können. Neben experimentellen Messmethoden für den logP-Wert ist gerade ein Projekt über Lösungsvermittler in Zell-basierten in vitro Tests in Bearbeitung. Auch Eigenschaften wie Substanzstabilität in Lösung und in humanem Plasma werden in unseren Projekten untersucht.

Nebenwirkungen von Chemikalien

Wir sind jeden Tag unterschiedlichen Chemikalien ausgesetzt, z.B. in der Form von Putzmitteln, Kosmetika, Arzneistoffen, Plastik und Nahrungsmittelzusatzstoffen. Viele dieser Chemikalien können im Blut oder Urin von Menschen nachgewiesen werden. Deshalb ist es außerordentlich wichtig, daraus resultierende Gesundheitsrisiken zu erforschen. Im Rahmen des REACH-Programmes der EU und des US National Toxicity Program werden Chemikalien auf ihre Hormonwirkungen hin untersucht. Gleichzeitig werden aussagekräftige Alternativen (in silico / in vitro) zu Tierversuchen gesucht.
Computerbasierte Vorhersagen sind für die Priorisierung von Chemikalien für die in vitro / in vivo Austestung außerordentlich wertvoll. Durch die Vorhersagen kann man abschätzen, welche Chemikalien am ehesten eine biologische Wirkung zeigen, und diese in der Testung vorziehen. Pharmakophormodelle sind dabei ausgezeichnete in silico Screening-Werkzeuge, um aus großen Chemikaliendatenbanken potentiell aktive Substanzen herauszufiltern. Kürzlich trugen wir dazu bei, Arzneistoffe zu identifizieren, die Bluthochdruck auslösen könnten.

Lipid Droplets (LDs) in Alterung und Inflammation

Unsere Untersuchungen am humanen Lipidstoffwechsel sollen Grundlagen für verbesserte Behandlungsmethoden bei häufigen, mit Übergewicht assoziierten Erkrankungen schaffen. Lipide erfüllen vielfältige Aufgaben im zellulären Energie-Stoffwechsel, sind Bestandteile von Zellmembranen und spielen eine wichtige Rolle bei der zellulären Kommunikation sowie der Entstehung und Auflösung inflammatorischer Prozesse. Freie Fettsäuren sind allerdings zytotoxisch und können die Struktur und Funktion von biologischen Membranen schädigen. In Zellen werden freie Fettsäuren aus Schutz vor toxischen Effekten (Lipotoxizität) zu komplexen und neutralen Lipiden metabolisiert, wobei letztere in LDs gespeichert werden. Chemikalien, Arzneistoffe und hyperkalorische Ernährung können die Einspeicherung von Fett und Anzahl bzw. Größe von LDs fördern. Eine übermäßige LD-Akkumulation in Leberzellen kann allerdings zum Fortschreiten chronischer Erkrankungen wie der Metabolic associated fatty liver disease (MAFLD, auch als nichtalkoholischen Fettlebererkrankung (NAFLD) bezeichnet) und Krebs beitragen. Wir charakterisieren die Serum Lipidome unterschiedlicher Patienten-Kohorten mit MAFLD um individualisierte Therapiemöglichkeiten zu definieren.

LDs bestehen aus einem inneren Kern neutraler Lipide (Triacylglycerole und Cholesterinester), der von Phospholipiden einschichtig umgeben ist. In dieser Phospholipidschicht sind definierte Proteine vorhanden, die am Lipidstoffwechsel beteiligt sind. Inflammation, Alterung und damit verbundene Krankheiten wie Krebs sind multifaktorielle Prozesse, bei denen beschädigte Proteine und Lipide intrazellulär akkumulieren. Zur Erhaltung der zellulären Homöostase haben sich daher unterschiedliche organell-spezifische Systeme zum Abbau beschädigter Moleküle entwickelt, die eng miteinander verbunden sind. Unsere Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass bei hoher Stresslast LDs als Backup-System einspringen können.

Als hoch dynamische Organellen bieten LDs eine Schnittstelle für den Transfer von toxischen Lipiden und Proteinen, da sie mit vielen unterschiedlichen Zellorganellen (Lysosomen, Peroxisomen, Mitochondrien, Zellkern und ER) direkt in Kontakt treten können. Unsere Fragestellungen werden zumeist mittels moderner massenspektrometrischer Methoden bearbeitet. Die statistische Auswertung der entstehenden komplexen Datensätze soll unsere Ergebnisse in der Grundlagenforschung effizient zu potenzieller klinischer Anwendung zu führen.

Das amaZon Speed ETD Massenspektrometer ist ein modernes Ion Trap Massenspektrometer der Firma Bruker. Der moderne Ion Trap Massenanalysator erlaubt eine schnelle Scangeschwindigkeit bei gleichzeitig hoher Massengenauigkeit und Sensitivität. Zusätzlich können Fragmentierungsexperimente durchgeführt werden, um eine höhere Selektivität während der Analyse zu erhalten und um Strukturinformationen der Analytmoleküle zu gewinnen.

Die verbaute ESI Ionenquelle erlaubt sowohl den Betrieb per Direktinjektion, als auch die Kopplung mit High Performance Liquid Chromatography (HPLC). Aufgrund dieser Eigenschaften kann das amaZon Massenspektrometer für vielfältige Fragestellungen von der Strukturaufklärung von unbekannten Analytmolekülen, bis hin zu Metabolomics und Proteomics Experimenten eingesetzt werden.

GC/MS der letzten Generation, ausgestattet mit einer Turbomolekularpumpe, Massenanalysator mit Quadrupol mit einer Messgeschwindigkeit von bis zu 100 full scans/s bei 20.000 amu/s ohne an Empfindlichkeit zu verlieren.
Die Empfindlichkeit ist mit einem S/N von >200 für 1pg OFN spezifiziert. Dieser Wert kann in der Praxis oft um ein Vielfaches übertroffen werden.

In der Praxis eignet das Gerät hervorragend für die Analyse leicht volatiler Moleküle, wie beispielweise kurzkettige Fettsäuren oder Ätherische Öle

Bei dem IR Spirit IR Spektrometer handelt es sich um ein Fourier Transformations (FT)-IR Spektrometer ausgestattet mit einer QATR Einheit. Durch die QATR Einheit können Substanzen in flüssiger und fester Form analysiert werden, ohne dass diese vorher zu einem Pellet gepresst werden müssen. Gleichzeitig können Spektren bis zu einer Messwellenzahl von 400 cm-1 aufgenommen werden.

In der Praxis eignet sich das Gerät für die qualitative Analyse von Arzneistoffen (Reinheitskontrolle und Identitätsbestimmung) aber auch für die Analyse von biologischen Makromolekülen und komplexen biologischen Komponenten, wie beispielweise extrazelluläre Vesikeln.

Das Magritek Spinsolve 60 MHz NMR Spektrometer ist ein sogenanntes Benchtop NMR, dass anstelle eines Elektromagneten mit einem Permanentmagneten betrieben wird. Zum einen ist dieses System nicht auf flüssiges Helium angewiesen, zum anderen wartungsfrei. Durch die geringere Feldstärke des Magneten sind Auflösung und Sensitivität geringer als die von sog. Hochfeldgeräten, jedoch sind auch mit diesem Gerät komplexe 2D Messverfahren unter Verwendung moderner Pulsprogramme möglich.

In der Praxis kann unser Gerät beispielweise zur Strukturaufklärung einfacher Moleküle, zur Reaktionskontrolle und zur Quantifizierung von Substanzen in Mischungen eingesetzt werden.

Unser Agilent 7890A GC System ist ausgestattet mit einem 7683B Injektor System mit Autosampler und einem Flammen Ionisations Detektor (FID), der eine Detektion jeglicher Kohlenstoffhaltiger Analyten erlaubt, die ausreichend flüchtige Eigenschaften aufweisen. Praktische Anwendung findet dieses System beispielweise in der Detektion und Quantifizierung von Alkoholen mit verschiedenen Kettenlängen.

Hochsensitives HR QTOF MS/MS Massenspektrometer mit Zeno trap Funktion (Erhöhung duty cycle auf >90%) und regelbarer zusätzlicher Fragmentierungsmöglichkeit (electron activated dissociation (EAD) neben CID. Zusätzlich besteht die Möglichkeit zur echten data independent acquisition (DIA) mittels Zeno SWATH Funktion zur Erstellung kompletter digitaler Archive mit allen Precursor MS Spektren und den dazugehörigen Fragment MS/MS Spektren (MS/MS Scan Raten bis zu 133 Hz).

Das Gerät eignet sich für quantitative und qualitative Workflows für kleinere Moleküle, Lipide und Proteine. Einsatzgebiete sind die forensisch-toxikologische Analytik, General Unknown Screenings, Metabolomics, Proteomics und Lipidomics Fragestellungen.

Sensitives Triple Quad System für quantitative und qualitative Anforderungen mit optionaler QTRAP-Funktionalität als lineare Ionenfalle. Dadurch können mehr Daten und Informationen zusätzlich zur MRM-Analyse aus Proben gewonnen werden (beispielsweise MS/MS/MS (MRM3)). Geeignet für die Quantifizierung kleiner Moleküle aus unterschiedlichen Matrizes. Einsatzgebiete sind Therapeutisches Drug Monitoring, forensische Suchanalytik, pharmazeutische Wirkstoffforschung und klinische Forschung (Metabolomics).

Shimadzu Nexera LC40, EkspertMicro LC 200, Agilent 1200, Exion LC, Nexera XR CL. Die Systeme sind mit unterschiedlichen Detektoren ausgestattet (unter anderem: UV/VIS, Fluoreszenz, ektrochemischer Detektor).

Voll automatisierbare Probenvorbereitung im Rahmen der Abarbeitung von CE-IVD zertifizierten Assays für LC-MS/MS workflows. Einsatzgebiete sind Probenvorbereitung als Proteinfällung sowie LLE für quantitative und qualitative Anwendungen.