Gussformen für Moleküle

Molekularabdrucke in Polymermaterialien als Reaktionsgefäße für die Pharmaforschung

Materialien mit winzigsten Hohlräumen, die andere Moleküle als “Gäste” aufnehmen können, spielen eine bedeutende Rolle in Wissenschaft und Technik. Ein besonders interessantes Verfahren zur Herstellung von Materialien mit passgenau zugeschnittenen Hohlräumen ist das so genannte “Molecular Imprinting”. Die als spätere Gäste vorgesehenen Moleküle werden dabei als Schablone eingesetzt: In ihrer Gegenwart wird ein Polymermaterial durch Quervernetzen einzelner Bausteine hergestellt. Nach Entfernen der “Schablonen” bleibt ein Polymer übrig, das Hohlräume in der gewünschten Form und Größe enthält und dann beispielweise zur hochspezifischen Abtrennung von Substanzen, als Katalysator oder Sensor eingesetzt werden kann. Aber Molecular Imprinting kann noch mehr, wie eine schwedische Forschergruppe um Klaus Mosbach nun gezeigt hat: Die Technik lässt sich zur gezielten Suche nach pharmakologischen Wirkstoffen einsetzen. Denn Pharma-Wirkstoffe müssen nach dem Schlüssel-und-Schloss-Prinzip genau in die Bindetasche des Biomoleküls passen, das sie beeinflussen sollen. Die äußere Gestalt des Wirkstoffes spielt also eine sehr wichtige Rolle.

Ziel der ersten Testläufe sollte ein Inhibitor (Hemmstoff) für das Enzym Kallikrein sein, das an bestimmten hormonellen Regelkreisen beteiligt ist. Mithilfe eines bereits bekannten Kallikrein-Inhibitors als Schablone stellten die Forscher ein Polymer mit den entsprechenden Hohlräumen her. Die Hohlräume erwiesen sich als eine Art maßgeschneiderte “molekulare Reaktionskammern”: Sie erleichtern die Verknüpfung von je zwei molekularen Bausteinen – aber nur dann, wenn das entstehende Produkt gut in die Kammer passt. Diese Produkte passen dann auch in die Bindetasche des Enzyms und wirken als Inhibitoren.

Mosbach und sein Team gehen aber noch einen Schritt weiter und setzten – ohne Umweg über ein Polymer – die Bindetasche des Enzyms Kallikrein direkt als Reaktionskammer ein. Auch diese direkte Methode führt zu inhibitorischen Reaktionsprodukten.

“Unsere Verfahren ermöglichen die Suche nach Inhibitoren, ohne dass die Struktur des Enzyms bekannt sein muss,” erklärt Mosbach die Vorteile gegenüber klassischen Screening-Methoden. Die Polymer-Variante liefert sehr stabile, immer wieder einsetzbare “Reaktionskammern” und lässt eine große Bandbreite an Bausteinen und Reaktionstypen zu. Die zwar weniger stabile direkte Variante kommt dafür ohne einen bereits bekannten Inhibitor aus.