Artemisia annua è la parte secca fuori terra di Artemisia annua L., una pianta compositae, ha una lunga storia di uso medicinale in Cina da oltre 2,000 anni fa. Nel 1971, Tu Youyou e altri scienziati scoprirono che l'estratto di artemisia annua aveva effetti terapeutici significativi sulla malaria di ratto e scimmia e chiamarono il suo efficace monomero artemisinina, che fu una pietra miliare nello sviluppo di farmaci antimalarici. L'artemisinina è un composto lattone sesquiterpenico con una struttura a ponte di perossido, che non contiene struttura azaciclica. Rispetto ai tradizionali farmaci antimalarici come la clorochina e il chinino, l'artemisinina ha una migliore efficacia, una minore tossicità e un minor numero di reazioni avverse. Il suo svantaggio è l'alto tasso di recidiva, ma può essere risolto combinandolo con altri farmaci antimalarici.

Artemisinina e suoi derivati

Al fine di migliorare le proprietà fisico-chimiche dell'artemisinina, gli scienziati hanno studiato la sua struttura e sintetizzato diidroartemisinina, artesunato, artemetere, artemetere e altri derivati. L'artemisinina e i suoi derivati ​​sono lattoni sesquiterpenici. La deossi artemisinina ha mostrato effetti negativi sui topi P. bergeri, indicando che l'attività biologica dell'artemisinina era correlata alla struttura del ponte di perossido. Pertanto, la modifica strutturale dell'artemisinina viene effettuata sulla base della conservazione del ponte di perossido, principalmente modificando la struttura di C-9 e C-10, con c-10 che è la modifica più comune. Questo articolo si concentra su questa artemisinina e sui suoi derivati ​​come riferimento. La struttura chimica dell'artemisinina e dei suoi derivati ​​principali è mostrata di seguito:

Artemisinina

L'artemisinina è una polvere cristallina incolore con la formula molecolare C15H22O5. L'analisi di spettrometria di massa ad alta risoluzione ha mostrato che i composti per mezzo terpene, spettro infrarosso e la sua reazione quantitativa con trifenilfosfina mostrano che il composto esistente nei gruppi speciali di perossido, risonanza magnetica nucleare (NMR) e tecnica di diffrazione di raggi X (XRD) per determinare il struttura dell'artemisinina e la sua configurazione relativa, ha ottenuto la configurazione assoluta dell'anello del lattone attraverso la tecnologia della dispersione ottica rotatoria.

Con lo sviluppo della ricerca, gli effetti farmacologici di artemisinina e i suoi derivati ​​non si limitano solo all'anti-malaria, ma si sono anche rivelati efficaci negli aspetti antitumorali, antinfiammatori, antimicotici, anti-fibrosi e altri. Nell'applicazione clinica, l'artemisinina ha scarsa solubilità in acqua e liposolubilità, scarsa stabilità, bassa biodisponibilità orale e solo un'emivita plasmatica di 3-5H, che ne limitano l'applicazione clinica.

Diidroartemisinina

La diidroartemisinina si ottiene riducendo il gruppo carbonilico C-10 nella struttura dell'artemisinina a gruppo idrossile mediante sodio boroidruro. La sua formula molecolare è C15H24O5, che è il composto più semplice nella semisintesi dell'artemisinina e può essere utilizzato come precursore per sintetizzare altri composti dell'artemisinina. Artemisinina e suoi derivati ​​principalmente attraverso dopo che il corpo ad assorbire in sostanze attive gioca doppi effetti farmacologici dell'artemisinina idrogeno, l'effetto dell'arteannuina antimalarica a base di artemisinina doppio idrogeno è migliorato 4 ~ 8 volte e la biodisponibilità orale potrebbe essere migliorata di oltre 10 volte e la malattia il tasso di recidiva è basso, nel processo di trattamento e meno tossico, migliore solubilità in acqua, ma la stabilità del doppio idrogeno artemisinina al di sotto dell'artemisinina, la solubilità in acqua non è ancora l'ideale. Molti ricercatori sono impegnati a trovare nuovi materiali farmaceutici o nuove forme di dosaggio per migliorare le proprietà farmaceutiche e la biodisponibilità della diidroartemisinina, come compresse a rilascio prolungato di diidroartemisinina, nanoparticelle di diidroartemisinina, liposomi di diidroartemisinina, nanoliposomi di diidroartemisinina magnetici, ecc.

artesunato

L'artesunato (C19O8H28) è sintetizzato dall'esterificazione della diidroartemisinina e dell'anidride succinica. Ha effetti antimalarici, antivirali, antinfiammatori, antitumorali e immunomodulatori. Artesunato è un farmaco debolmente acido con alta efficienza, bassa tossicità e resistenza alla resistenza. Si diffonde facilmente nel corpo e permea facilmente i biofilm. Con un valore pKa di 3.5 ~ 5.5, l'artesunato è scarsamente ionizzato nei fluidi corporei acidi, ma solubile in soluzioni debolmente alcaline. Sulla base di questa caratteristica, artesunato può essere preparato come iniezione, compressa, supposte o altre forme di dosaggio per iniezione, somministrazione orale o rettale.

Artemetere e Arteether

Usando la diidroartemisinina come substrato e sostituendo gli atomi di idrogeno sui gruppi idrossilici c-10 con gruppi idrocarburici, sono stati ottenuti derivati ​​eterei dell'artemisinina, i più tipici sono l'artemetere e l'artemetere, che hanno entrambi un'attività maggiore dell'artemisinina. I derivati ​​dell'etere di artemisinina hanno una buona liposolubilità, ma scarsa solubilità in acqua e bassa biodisponibilità. L'iniezione diretta è facile da causare irritazione. Pertanto, alcuni studiosi hanno incapsulato liposomi di etere di artemisinina modificati dall'aminopterina in nano-liposomi mirati modificati dall'aminopterina, che sono rotondi, uniformi e relativamente stabili. I risultati del rilascio in vitro hanno mostrato che il liposoma potrebbe rilasciare farmaci in vivo per lungo tempo e potrebbe migliorare il metabolismo e la bioutilizzazione dell'artemetere.

Altri derivati

Alcuni analoghi strutturali, polimeri e semplificazioni strutturali dell'artemisinina sono stati anche sintetizzati sulla base della struttura unica dell'artemisinina. I dimeri di artemisinina sono composti da due monomeri di artemisinina legati da ligoni. I ligoni comunemente usati includono alchile, legame etereo, gruppo estere e carbonato amminico, ecc. Rispetto ai monomeri dell'artemisinina, i dimeri hanno una forte attività farmacologica, piccole reazioni avverse e buone proprietà fisiche e chimiche. Gli studi hanno dimostrato che ha un'eccellente attività antitumorale in vitro e in vivo e diversi ligandi hanno una grande influenza sulla sua attività antitumorale. Pertanto, le proprietà dei dimeri dell'artemisinina possono essere ottimizzate cambiando il ligando. Il sodio artesunato è un sale basico con buona solubilità in acqua, azione rapida, buona tolleranza e può essere utilizzato per somministrazione endovenosa o intramuscolare.

Produzione e Sintesi di Artemisinina

Biosintesi dell'artemisinina

L'artemisinina si trova nei fiori e nelle foglie dell'artemisia annua, una pianta compositae. Secondo gli studi attuali, le principali vie sintetiche dell'artemisinina sono il metileritritolo fosfato (MEP) e l'acido mevalonico (acido MEvalonico). Il percorso MVA fornisce dimetilallil difosfato (DMAPP) e isopentenil fosfato (IPP), la farnesil difosfato sintasi (FPS) è stata quindi formata da un DMAPP e due IPP. L'amorfa 4,11-diene sintasi (ADS) può essere utilizzata come catalizzatore per generare FPP. L'amorfa è catalizzata dalla citocromoP450 monoossigenasi (CYP71AV1). Artemisinina, artemisinina aldeide e acido artemisinico sono stati sintetizzati rispettivamente da tre fasi di ossidazione. Il meccanismo di formazione dell'artemisinina dall'acido artemisinico non è del tutto chiaro e al momento ci sono due punti di vista principali: l'artemisinic aldeide delta-11(13) reduttasi (DBR2) è responsabile della formazione dell'aldeide diidroartemisinica, che reagisce con l'aldeideidrogenasi 1(ALdeidrogenasi 1). ALDH1) ha catalizzato la formazione di acido diidroartemisinico (DHAA). Il DHAA è il precursore diretto dell'acido artemisinico e, infine, genera acido artemisinico sotto l'azione della fotoossidazione. In secondo luogo, l'artemisinina B viene fotoossidata dall'acido artemisinico, seguita dalla diidroartemisinina B e infine si forma l'artemisinina.

Sintesi chimica dell'artemisinina

Nel 1983, gli scienziati svizzeri Schmid e Hofheinz hanno completato la sintesi chimica totale dell'artemisinina utilizzando (-) -isoomentolo come materia prima attraverso una reazione in 10 fasi. Tuttavia, a causa della complessa struttura chimica dell'artemisinina, il processo di produzione di questo metodo è complicato, il costo è elevato, la resa è bassa ed è ben lungi dal soddisfare i requisiti della produzione industriale. Pertanto, le persone si concentrano sull'acido dell'artemisinina, sull'artemisinina B, sull'artemisinina e su altri precursori per la ricerca sulla semisintesi dell'artemisinina.

Estrazione e isolamento dell'artemisinina

A causa della sintesi totale e semi-sintesi dell'artemisinina, l'estrazione, l'isolamento e la purificazione sono ancora i metodi principali per ottenere l'artemisinina nell'industria. L'artemisinina è povera di solubilità in acqua, quasi insolubile in acqua, solubile in etanolo, etere, facilmente solubile in cloroformio, acetone, acetato di etile e benzene e altri solventi organici. I metodi di estrazione iniziali erano principalmente l'estrazione con solvente organico seguita dalla ricristallizzazione o dalla separazione e raffinazione per cromatografia su colonna. Negli ultimi anni, l'estrazione dell'artemisinina è stata adottata principalmente dall'estrazione di liquidi supercritici, dall'estrazione di enzimi biocomplessi, dall'estrazione assistita da ultrasuoni e da altri nuovi metodi di estrazione, che presentano i vantaggi di un'elevata velocità di estrazione, tempi di riscaldamento brevi e basso costo. Negi et al. ha utilizzato l'anidride carbonica supercritica per estrarre l'artemisinina dalle foglie di artemisia annua e ha misurato le isoterme della resa globale dell'artemisinina. Il rendimento più alto è stato del 3.65%. Il desorbimento dell'anidride carbonica supercritica dalla frazione organica di n-esano può ottenere una frazione di massa maggiore di artemisinina.

L'estrazione di artemisinina assistita da ultrasuoni è stata molto comune. Un nuovo solvente organico, il solvente eutettico profondo idrofilo metiltriottil ammonio cloruro 1-butanolo (N81Cl-NBA), è stato utilizzato per l'estrazione assistita da ultrasuoni dell'artemisinina. La velocità di estrazione dell'artemisinina era di circa 8 mg/g, che era significativamente superiore a quella del solvente organico convenzionale. L'artemisinina bersaglio è stata recuperata dall'estratto n81Cl-NBA con resina macroporosa AB-8 e il recupero è stato dell'85.65%. Il solvente è considerato un solvente sicuro per l'estrazione di sostanze bioattive e può essere utilizzato in campo farmaceutico.

Ricerca: Biologia sintetica dell'artemisinina

Artemisia Annua foglia secca

La biologia sintetica integra ingegneria chimica, biotecnologia, medicina e altre discipline per ottimizzare il percorso di sintesi dei prodotti naturali attraverso la ricostruzione, la progettazione e la trasformazione delle cellule del telaio microbico e realizzare la sintesi iniziale di prodotti naturali. La biosintesi dell'artemisinina è diventata un argomento caldo.

Ro et al. modificato S. cerevisiae e realizzato la sintesi di acido artemisinico, il precursore tardivo dell'artemisinina, in S. cerevisiae con una concentrazione di massa di 100 mg/mL. L'acido artemisinico sintetizzato viene escreto dal lievito ingegnerizzato, semplificando il processo di purificazione. Paddon et al. scoperto che la produzione di alti livelli di acido artemisinico richiede anche il coinvolgimento del citocromo B5 (CYB5), ADH1 e ALDH1. Ottimizzando il rapporto di espressione di CYP71AV1 e del suo omologo reduttasi citocromo P450 reduttasi, combinato con l'espressione di CYB5, la resa di acido artemisinico era di 25 g/L in condizioni di co-espressione di artemisinolo e acetaldeide deidrogenasi. Allo stesso tempo, il gruppo ha convertito l'acido artemisinico in artemisinina utilizzando la fonte chimica dell'ossigeno singoletto, eliminando così la necessità di apparecchiature fotochimiche specializzate. Prati et al. utilizzato quattro reazioni metaboliche non naturali per alterare il metabolismo del carbonio centrale in s. cerevisiae, e ottenuto β-farnene almeno 100 g/L in 6 giorni di fermentazione fed-batch. Questo metodo di produzione era del 25% superiore a quello del ceppo di controllo, pur richiedendo il 75% in meno di ossigeno, il che ha contribuito a ridurre i costi di produzione. AaMYB15 è una transferrina r2R3-MyB che regola negativamente la biosintesi dell'artemisinina. Si lega direttamente al promotore di AaORA, un regolatore positivo della biosintesi dell'artemisinina nella via di segnalazione dell'acido jasmonico, e inibisce la sua attività trascrizionale, riducendo così il livello di espressione dei geni enzimatici chiave a valle e regolando negativamente la biosintesi dell'artemisinina. Questa scoperta fornisce nuove informazioni sulla regolazione della biosintesi dell'artemisinina.