Forschungstechnologien

Kombinatorische Chemie

Die automatisierte Molekül-Synthese füllt Substanzbestände

Auf der Suche nach neuen Wirkstoffkandidaten ist für die Wissenschaftler bei Bayer die hauseigene Substanzbibliothek mit mehr als 2,5 Millionen Molekülen die erste Adresse. Durch die Synthese neuer Substanzen sorgen Chemiker dafür, dass die Sammlung weiter wächst. Die automatisierten Verfahren der Kombinatorischen Chemie, die um die Jahrtausendwende Einzug in die medizinische Chemie hielten, haben ihre Arbeit revolutioniert.

Bis dahin hatte ein Chemiker mit klassischen Synthesemethoden jeweils nur eine genau definierte Substanz pro Zeiteinheit herstellen können. Hochgerechnet ergaben sich daraus maximal 150 bis 200 Substanzen pro Jahr. Unterstützt von Robotersystemen, die solche Synthesen heute parallel durchführen, erhöht sich die Zahl um ein Vielfaches.

Das Grundgerüst des Moleküls wird gezielt variiert

Die automatisierte Synthese basiert auf dem Konzept der Kombinatorischen Chemie: Von einem Ausgangsmolekül – einer Leitstruktur – werden nach Vorgabe eines Chemikers systematisch Varianten erstellt, indem verschiedene chemische Gruppen an das Grundgerüst angegliedert werden. So entsteht eine Reihe ähnlicher Substanzen, die sich untereinander nur durch die zusätzlichen Seitengruppen unterscheiden (s. Grafik).

In biologischen Tests prüfen die Wissenschaftler anschließend, welche Molekülvariante die gesuchte Wirkung am besten hervorbringt. So erschließen sich Beziehungen zwischen Molekülstruktur und Wirkung, die den Chemikern wichtige Hinweise für weitere Optimierungsmöglichkeiten geben.

Mithilfe der Kombinatorischen Chemie kann ein modernes Labor eine Vielzahl an neuen Substanzen im automatisierten Verfahren synthetisieren, weiterentwickeln und in die Substanzbestände einspeisen. Dort stehen die Moleküle anschließend für die Wirkstoffsuche per High-Throughput-Screening zur Verfügung.