Onderzoekers hebben een baanbrekende autofluorescerende verbinding ontwikkeld door twee plantenextracten, artemisinine en coumarine, te combineren. Deze innovatie maakt nauwkeurige beeldvorming in levende cellen mogelijk en is effectief gebleken tegen medicijnresistente malariapathogenen, met name Plasmodium falciparum. De ontwikkeling van deze autofluorescerende hybriden, die kunnen worden waargenomen zonder hun effectiviteit te veranderen, vertegenwoordigt een belangrijke stap in de strijd tegen medicijnresistente malaria.
Malaria blijft een van de dodelijkste infectieziekten ter wereld. De opkomst van medicijnresistente malariaparasieten vereist de voortdurende ontwikkeling van nieuwe medicijnen.
Een onderzoeksteam van de Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) onder leiding van professor Svetlana B. Tsogoeva heeft nu het antimalariamedicijn artemisinine gecombineerd met coumarine (dat net als artemisinine ook in planten voorkomt) en uit deze twee bioactieve stoffen een autofluorescerende verbinding ontwikkeld.
Deze autofluorescentie is bijzonder voordelig omdat deze kan worden gebruikt voor beeldvorming met levende cellen en in precieze temporele volgorde kan laten zien hoe een medicijn werkt. Het team ontdekte ook dat het autofluorescerende artemisinine-coumarinemengsel een medicijnresistente malariapathogeen genaamd Plasmodium palmifolia kon vernietigen. Ze publiceerden hun bevindingen in het tijdschrift Chemical Science.
Artemisinine is een zeer effectief en veelgebruikt ingrediënt voor malariamedicijnen, gewonnen uit een plant genaamd Artemisia annua L. Coumarin is een secundaire plantenstof die in een verscheidenheid aan planten wordt aangetroffen.
Bij de ontwikkeling van antimalariamedicijnen worden werkzame stoffen gelabeld met fluorescerende labels, zodat met beeldvormingstechnieken in precieze chronologische volgorde kan worden bepaald hoe ze tegen de malariaziekteverwekker werken. Dit fluorescerende label is gebruikt voor artemisinine.
Een groot nadeel van het gebruik van fluorescerende labels is echter dat het de manier verandert waarop het medicijn werkt. Dit betekent bijvoorbeeld dat met malaria geïnfecteerde cellen in sommige gevallen medicijnen zoals artemisinine anders opnemen nadat ze fluorescent zijn gelabeld.
De oplosbaarheid van het medicijn kan ook veranderen. Dit probleem is omzeild door de ontwikkeling van autofluorescerende mengsels, die bestaan uit twee of meer basische verbindingen die inherent fluorescerend zijn en waarvan de werking nauwkeurig kan worden waargenomen met behulp van beeldvormingstechnieken.
Het team onder leiding van professor Tsogoeva, voorzitter van de organische chemie, besloot artemisinine te combineren met bioactieve coumarine, omdat coumarinederivaten ook antimalaria-eigenschappen hebben. Coumarinederivaten kunnen ook gemakkelijk chemisch worden gewijzigd, waardoor ze extreem fluorescerend worden.
De onderzoekers ontdekten dat niet alleen het werkingsmechanisme van dit unieke autofluorescerende artemisinine-coumarinemengsel kon worden waargenomen in levende rode bloedcellen die waren geïnfecteerd met P. falciparum, maar ook de biologische activiteit van het artemisinine-coumarinemengsel.
Professor Barbara Kappes (Departement Chemische en Bio-ingenieurswetenschappen, Federale Universiteit, Brazilië) en Dr. Diogo R.M. Moreira (Instituto Gonçalo Moniz, Fiocruz, Bahia, Brazilië) ontdekte gezamenlijk dat dit actieve preparaat in vitro (in vitro) zeer effectief is tegen Plasmodium falciparum-stammen die resistent zijn tegen chloroquine en andere malariamedicijnen. Het belangrijkste was dat de nieuwe verbinding ook zeer effectief was tegen de malariapathogeen in muismodellen.
Met de komst van het eerste autofluorescerende artemisinine-coumarinemengsel hopen onderzoekers van de FAU dat ze de basis hebben gelegd voor de ontwikkeling van meer autofluorescerende geneesmiddelen voor de behandeling van malaria en dat ze aanzienlijke vooruitgang hebben geboekt bij het overwinnen van de resistentie tegen meerdere geneesmiddelen tegen de behandeling van malaria.