Licht helpt waterminnende stof uit water ontsnappen

Scheikunde Een stof die helpt bij de opname van medicijnen in het lichaam, kan binnenkort misschien veel goedkoper geproduceerd worden.

Gamma-cyclodextrine
Gamma-cyclodextrine

Een door licht buigbaar molecuul kan de oplossing zijn om de productie van een veelgebruikte suikerachtige stof te verbeteren. Die suikerachtige stof is γ-cyclodextrine, dat nuttig is om de opname van medicijnen in het lichaam te bevorderen. Maar omdat de productie ervan veel geld en energie kost, worden vaak – minder breed inzetbare – alternatieven gebruikt. Onderzoekers uit de Verenigde Staten maakten γ-cyclodextrine met zes keer hogere opbrengst dan de industrie het nu kan. De studie verscheen vorige week in Chem.

γ-cyclodextrine (gamma-cyclodextrine) is een vernuftig molecuul. Het bestaat uit acht aan elkaar geregen suikermoleculen, die samen een grote ring vormen. Het lost heel goed op in water – de buitenkant van de ring is heel hydrofiel. De binnenkant van de ring is juist hydrofoob, vetachtig. Die combinatie is nuttig. Cyclodextrines kunnen bijvoorbeeld medicijnen die niet in water oplosbaar zijn, in de hydrofobe binnenkant meedragen, zodat het gehele complex samen wel in water oplost. Het gevangen medicijn reist dan door het lichaam naar de juiste plek. Zo is een lagere dosis nodig, wat de kans op bijwerkingen verkleint. Bovendien zijn cyclodextrines ‘groen’: ze breken af in het milieu of in het lichaam.

Duur en inefficiënt proces

De geweldige wateroplosbaarheid maakt de productie juist problematisch. Het molecuul moet in water gemaakt worden maar is er vervolgens nauwelijks nog uit te krijgen. Chemici laten γ-cyclodextrine daarom aan een gastmolecuul kleven, want samen zijn ze makkelijker uit water te filteren. Maar om de moleculen daarna te scheiden, is een duur en inefficiënt destillatieproces nodig.

De Amerikaanse onderzoekers gebruikten ook zo’n gastmolecuul, maar dan eentje dat door licht van vorm verandert. Ze vonden een molecuul dat precies binnen de ring van de gastheer past, maar na de vormverandering niet meer. Zo scheiden de stoffen makkelijk, zonder destillatie.

„Hierdoor zal de prijs omlaag gaan”, zegt Ivan Aprahamian, hoogleraar en begeleider van de studie. γ-cyclodextrine kost nu 800 dollar per vijf gram. „Bovendien wordt het proces milieuvriendelijker.”

„Het is prachtig werk”, zegt Jan van Maarseveen. Hij is hoogleraar organische chemie aan de Universiteit van Amsterdam. Niet alleen de manier waarop de moleculen gescheiden worden, maar ook de reactie zelf is knap bedacht, vindt hij. „Voor chemici is het moeilijk om een cyclodextrine van een bepaalde grootte te maken. De natuur rijgt suikermoleculen aan elkaar met enzymen. De onderzoekers gebruiken een enzym dat suikermoleculen aan elkaar koppelt en zichzelf in de staart bijt, waarbij een cyclisch molecuul ontstaat.”

Dat γ-cyclodextrine vervolgens door licht gemakkelijk van het gastmolecuul gescheiden kan worden is „de tweede slimme truc van de onderzoekers”, vindt hij. „Dat principe blijkt fantastisch te werken.”

Maar het protocol is nog niet geschikt voor de productie van grote hoeveelheden γ-cyclodextrine, aldus Van Maarseveen. „Het scheiden van gast en gastheer doen de onderzoekers op een manier die zich moeilijk leent voor opschaling: chromatografie.” Die scheidingsmethode is vooral bedoeld voor kleinschalig onderzoek in het lab. „Optimalisatie van het proces is nog nodig”, denkt ook Aprahamian.