onderzoek

Mijn Onderzoek

Sinds 1 oktober 2002 voer ik onderzoek uit aan het departement Chemie van de Universiteit Antwerpen, meer bepaald in de onderzoeksgroep "Organische synthesen". Mijn werk is gesitueerd in heterocyclische chemie en homogene katalyse en betreft het ontwikkelen van innovatieve syntheseroutes voor indolochinoline derivaten via palladium-gekatalyseerde reacties. Deze indolochinolines bezitten een uitgesproken in vitro activiteit tegen Plasmodium falciparum, de parasiet die malaria veroorzaakt. Hieronder publicaties en een inleiding over malaria.

Elk jaar worden tussen 300 en 500 miljoen klinische gevallen van malaria vastgesteld. 1.1 tot 2.7 miljoen (1) van de ge�nfecteerde mensen sterven eraan, het merendeel van hen is afkomstig uit Afrika. Per dag sterven 3000 Afrikaanse kinderen aan de gevolgen van malaria waardoor deze ziekte verantwoordelijk is voor 25% van de kindersterften in Afrika. 40% van de wereldbevolking leeft in risicogebieden.

Het bekendste slachtoffer van malaria is ongetwijfeld Alexander de Grote die op 13 juni 323 v.C. op 32-jarige leeftijd te Babylon in het huidige Irak overleed aan de gevolgen ervan. Het is echter gemakkelijk om malaria te aanzien als een probleem dat zich ver van ons bed vandaan manifesteert. Maar zelfs in de 19de eeuw nog was malaria ook algemeen verspreid in Europa en Noord-Amerika. Historici vermoeden dat een grote malaria epidemie in de 5e eeuw mede verantwoordelijk was voor de ondergang van het Romeinse Rijk. Keizer Karel V (1500-1558) stierf in een Spaans klooster aan malaria. In de 18de eeuw schreef graaf Horace Walpole (2) (1717-1797) over "A horrid thing called mal'aria [It., slechte lucht] that comes to Rome every summer and kills one." Tijdens de Amerikaanse Burgeroorlog stierven meer soldaten aan malaria dan ten gevolge van vijandelijk vuur.

De Romeinse veldheer en schrijver Marcus Terentius Varro (116-27 v.C.) zou al een correct vermoeden gehad hebben over de aard van malaria (3), doch hij stond hierin alleen. In de oudheid bestonden er geen remedies tegen malaria. De Griekse legerarts Pedanius Dioscorides (4) (ca. 40-90) ried een tonicum van Sint-janskruid in combinatie met wijn aan. Latere behandelingen omvatten ruime hoeveelheden brandwijn, die wellicht aantrekkelijker waren dan het zogenaamd alles-genezende middeleeuwse kwik of � nog gekker � spinnen. Tot de 19de eeuw ondergingen koortsachtige pati�nten de typische aderlating.

Geneesheren hadden er nog geen notie van hoe de ziekte veroorzaakt werd. Zoals de naam suggereert, heerste het gangbare vermoeden dat de ziekte verspreid werd via besmette lucht, zoals voor vele infectieziekten werd aangenomen. David Livingstone (5) (1813-1873) rook reeds een verband tussen malaria en muggen; het was echter wachten tot 1880 voordat de Franse fysicus Alphonse Laveran (1845-1922; nobelprijs geneeskunde 1907) in Algiers de protozo�sche parasiet Plasmodium in door malaria ge�nfecteerde rode bloedcellen ontdekte. Nog eens 17 jaar gingen voorbij voordat de in India werkende Engelsman Sir Ronald Ross (1857-1932) afleidde dat de parasiet overgedragen werd door muggen (Anopheles) terwijl ze bloed zuigen van hun prooi.

Gedurende 300 jaar bood kinine de enige genezing voor malaria. Echter, het was als extract van een Zuid-Amerikaanse boom duur en dus weinig toegankelijk. Gedurende afgelopen anderhalve eeuw was het een grote uitdaging voor vele organische synthetici om deze stof kunstmatig te verkrijgen. Voor de eerste echte stereoselectieve totaalsynthese was het wachten tot maart 2001, toen Gilbert Stork en medewerkers van de Columbia University in de USA ze rapporteerden (6).

Doordat kinine zo moeilijk te verkrijgen was, werd gezocht naar commercieel interessante alternatieven. Een synthetisch antimalaria product (7) genaamd mepacrine (of quinacrine) (Atabrine�) werd in de jaren �30 door het Duitse I.G. Farben A.G.(8) geproduceerd. Tijdens de tweede wereldoorlog kwam het sinds 1872 in Nederlands Indi� gevestigde bijna-monopolie in kinine productie (9) in Japanse handen en mepacrine werd dan ook het belangrijkste profylactisch antimalariamiddel voor de geallieerden. Verschillende kinine vervangende medicijnen konden in de jaren �40 op commerci�le schaal geproduceerd worden, o.a. proguanil (Paludrine�) (10) en chloroquine (Nivaquine�) (11).

Na de Tweede Wereldoorlog startte in het Westen een campagne om malaria uit te roeien. In 1947 startte het Public Health Department van de VS een vijfjarenplan om zich van malaria te ontdoen met behulp van DDT (12). In 1952 werden de Verenigde Staten malariavrij verklaard. Aangemoedigd door deze successen begon de World Health Organization (WHO) in 1957 met een achtjarenplan om malaria uit de wereld te helpen, een strijd die gevoerd werd met DDT, chloroquine en omgerekend naar de huidige valuta 2000 miljard dollar kostte. Het leek erop dat malaria spoedig tot het verleden zou behoren, maar na acht jaar bleek alles tevergeefs. Hoewel indrukwekkende resultaten gehaald werden � Sri Lanka bijvoorbeeld telde in 1955 nog 1 miljoen gevallen van malaria terwijl het in 1963 nog slechts om 18 gevallen ging � begonnen de wapens aan het begin van de jaren �60 hun effici�ntie te verliezen. De malariamug en de malariaparasiet bleken resistentie op te bouwen tegen resp. DDT en chloroquine. Bovendien verminderde het kapitaal toen de Verenigde Staten hun financi�le bijdragen aan het project sterk terugschroefden. Na het stopzetten van de uitroeiingspoging schoot het aantal malariagevallen opnieuw de hoogte in. Maar doordat de malariamug minder competitie te duchten had van andere species die mee vernietigd waren in het uitroeiingsprogramma en mede door de toenemende resistentie van de parasiet door al te lichtzinnig gebruik van chloroquine en andere geneesmiddelen, begon malaria zich te manifesteren als een nog veel groter probleem dan tevoren. Voor het continent Afrika bleek dit rampzalig: sinds het stopzetten van het programma verdrievoudigde het malariarisico, terwijl dat risico in 1930 nog bijna even laag was als in Europa en Amerika. Vandaag vallen 90% van alle malariadoden in Afrika te betreuren.

Inmiddels werd naarstig gezocht naar een vaccin. In 1988 beweerde een Colombiaanse wetenschapper een chemisch vaccin � SPf66 � ontwikkeld te hebben (13). De resultaten echter bleven uit. Ook biologische vaccins bleken totnogtoe niet succesvol. Het insecticide N,N- diethyl-3-methylbenzamide (14) (DEET) heeft inmiddels de plaats van DDT ingenomen en veel aandacht gaat vandaag uit naar transmissie preventie door vectorcontrole, het in bedwang houden van de malariamug. Parallel met de zoektocht naar een vaccin werd gestaag de genetische code van zowel de Anopheles mug (15) als de Plasmodium parasiet (16) ontrafeld. Verwacht wordt dat dit zal leiden tot een nieuwe generatie geneesmiddelen of een vaccin. Maar alvorens het zover is, moet de mensheid het stellen met de bestaande geneesmiddelen en vanwege de toenemende resistentie en de uitbreiding van de Plasmodium biotoop naar het Noorden ten gevolge van de opwarming van de aarde (17) is de continue zoektocht naar nieuwe medicijnen dan ook levensnoodzakelijk.

(1) Het offici�le cijfer van de WHO is 1.1 miljoen doden per jaar. Officieus zijn er echter veel meer doden, sommige bronnen gaan zelfs tot 2.7 miljoen doden per jaar. Dit heeft te maken met het feit dat vele overlijdens ten gevolge van malaria gewoon niet geregistreerd worden.

(2) Walpole wordt in de geschiedenis beschreven als de 4e graaf van Orford en jongste zoon van de eerste Britse eerste minister, Robert Walpole, die van 1721-1742 het land leidde.

(3) Varro schrijft in zijn werk �Rerum rusticarum libri� over �animalcula quaedam minuta�, kleine levende wezentjes die malaria en andere epidemie�n kunnen veroorzaken.

(4) Dioscorides schreef het grootste en meest complete farmacologisch werk tot dan toe en werd het standaardwerk voor dokters en farmaceuten tot in de renaissance. In �De Materia Medica� of �Peri ulhz iatrikh� zoals de oorspronkelijke Griekse titel luidt, beschrijft hij enkele duizenden remedies, gebruik makend van zeshonderd planten en van planten afgeleide producten.
(5) Livingstone stierf op 1 mei 1873 aan de gevolgen van malaria. Elf jaar eerder was ook zijn vrouw, Mary Moffat, aan malaria bezweken. Op zijn reizen door Afrika viel hij tientallen keren ten prooi aan de ziekte, maar kinine kon hem telkens weer genezen, ook al kloeg hij over de vele nevenwerkingen (cinchonisme) van het medicijn.

(6) zie Stork G., Niu D., Fujimoto A., Koft E.R., Balkovec J.M., Tata J.R., Dake G.R., J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 3239. Deze syntheseroute is echter allerminst haalbaar voor de industri�le productie van kinine.

(7) De eerste synthetische antimalaria producten kwamen voort uit het kleurstoffen onderzoek. In december 1925 ontwikkelde Bayer het product �pamaquine� onder de naam �plasmochin�. Zes jaar later, in 1932, werd in hetzelfde labo de acridinekleurstof �atebrin� of mepacrine ontwikkeld. Dit waren de eerste synthetische antiplasmodiale producten tot dan toe. De rationale achter plasmochin had als vertrekpunt de kleurstof �methyleen blauw�, niet omdat Bayer deze producten maakte, maar omdat de Duitse farmacoloog Paul Ehrlich (1854-1915) kleurstoffen gebruikte om weefsels te kleuren. De idee hierachter was dat selectieve kleuring zou optreden op de plaatsen waar receptoren beschikbaar waren. Dit opende de mogelijkheid om selectief parasieten te viseren in deze weefsels. Aldus werd na het invoeren van een aminoalkylamino groep op methyleen blauw vastgesteld dat de activiteit van het product sterk verhoogde. Bovendien veroorzaakte het invoeren van N,N-diethyl-1,4-pentaandiamine op de 8-positie van quinoline een sterke antimalaria activiteit (pamaquine, later ook primaquine) en hetzelfde effect werd bekomen door invoering van dit diamine op de 10-positie van acridinekleurstoffen wat leidde tot mepacrine. Pamaquine bleek echter minder effectief tegen de menselijke vorm van malaria dan tegen de variant bij vogels en bovendien is het toxischer dan gehoopt werd. Desalniettemin bracht het twee totaal nieuwe eigenschappen met zich mee die niet in quinine terug te vinden waren: pamaquine verhindert relaps door P. vivax en het doodt de plasmodium gametocyten.

(8) In 1925 richtte Hermann Schmitz uit zes reeds gevestigde Duitse bedrijven het IG Farben kartel, of voluit �Interessengemeinschaft Farbenindustrie Aktiengesellschaft� op. Dit omvatte Badische Anilin (het huidige BASF), Bayer, Agfa, Hoechst, Weiler-ter-Meer en Griesheim-Elektron. Twintig jaar later werd dezelfde Hermann Schmitz aangeklaagd voor het tribunaal te Nuremberg voor de oorlogsmisdaden die IG Farben had begaan. IG Farben had immers een �duivelspact� gesloten met Hitler, had er mee voor gezorgd dat Hitler aan de macht kon komen en voorzag Hitler tijdens de tweede wereldoorlog van o.a. synthetisch rubber, methanol, smeerolie, kleurstoffen, gifgas (Zyklon B: HCN gas), nikkel, kunststoffen, magnesium, explosieven, buskruit en hoog-octaan brandstof (voor vliegtuigen). In 1951 werd het kartel ontbonden en vandaag blijven nog slechts BASF, Bayer, Agfa en Hoechst over. IG Farben bleef op zichzelf nog bestaan tot ze failliet verklaard werd op 10 november 2003.

(9) Tussen de jaren 1844 en 1865 verzamelden de Britse ontdekkingsreiziger Charles Ledger (1818-1905) en zijn helper Manuel Incra Mamani schors en zaad van de Cinchona boom langsheen de Peruviaans-Boliviaanse grens. Per toeval kwamen ze aan een species dat schors had met 10 gewichtspercent kinine in. Deze species werd ter ere van Ledger C. ledgeriana genoemd. De Britse regering had weinig interesse, de Nederlandse des te meer en kocht een halve kilogram van het zaad op om in Java te verbouwen. Door zorgvuldige cultivatie en experimenten lukte het om de opbrengst aan kinine uit C. ledgeriana te verdubbelen. Hiermee werd de basis gelegd voor een Nederlands succesverhaal. In maart 1942 werd Java � en daarmee de kinine plantages, goed voor 95% van de wereldproductie � echter veroverd door de Japanners zodat een wereldwijd tekort aan kinine ontstond. Dit gaf een enorme impuls aan de productie van en zoektocht naar synthetische antiplasmodiale producten.

(10) Proguanil als antiplasmodiaal middel werd in november 1944 ontdekt bij het Britse ICI (Imperial Chemical Industries) door F.L. Rose, D.G. Davey en F.H.S. Curd. Zie Annals of Tropical Medicine and Parasitology, 1945, 39, 137. ICI was in 1926 opgericht als antwoord op de oprichting van IG Farben in Duitsland. In 1950 werd bij Burroughs Wellcome het product daraprim (beter bekend als pyrimethamine) ontwikkeld als foliumzuur antagonist voor de bestrijding van kanker. De structurele gelijkenis met proguanil opperde de idee dat ook daraprim antimalaria werking zou kunnen vertonen, wat inderdaad zo bleek te zijn. De gelijkenis tussen proguanil en daraprim bleek later nog groter dan gedacht toen aangetoond werd dat proguanil in het lichaam gemetaboliseerd wordt tot het actieve species: cycloguanil.

(11) Chloroquine was reeds in 1934 gesynthetiseerd door chemici bij Bayer onder de naam �resochin�. Preliminaire testen hadden echter onverwachte cytotoxiciteit aan het licht gebracht en het product werd opgegeven � onterecht zoals later zou blijken � ten gunste van het analoge �sontochin� dat in 1936 voor het eerst gesynthetiseerd werd. Bij de inname van Tunis in mei 1943 maakten de Amerikaanse troepen een hoeveelheid sontochin buit waardoor Amerikaanse onderzoekers resochin herontdekten. Resochin bleek superieur te zijn over sontochin waarna het op de markt werd gebracht als chloroquine in 1945.

(12) DDT of 1,1�-(2,2,2-trichloorethaan-1,1-diyl)bis(4-chloorbenzeen) werd voor het eerst gesynthetiseerd in 1873 door de Oostenrijkse chemicus Othmar Zeidler in zijn doctoraatswerk aan de in die tijd Duitse Universit�t Stra�burg, maar kreeg nooit bijzondere aandacht. Dit veranderde toen de Zwitserse chemicus Paul M�ller (1899-1965) in 1939 de insecticidale eigenschappen van het product ontdekte. Reeds in 1942 kwamen twee insecticide producten op de markt, Gesarol en Neocide, die beide gebaseerd waren op DDT. Tijdens en na de Tweede Wereldoorlog werd DDT succesvol gebruikt in de strijd tegen epidemie�n (malaria, tyfus, ...). Paul M�ller kreeg in 1948 de nobelprijs geneeskunde.

(13) Patarroyo M.E., Amador R., Clavijo P., Moreno A., Guzman F., Romero P., Tascon R., Franco A., Murillo L.A., Ponton G., Trujillo G., Nature, 1988, 332, 158. Dit vaccin bestaat uit drie prote�nen uit het merozoiet stadium van P. falciparum die verbonden zijn met een spacer, bestaande uit sequenties uit het repeat domein van het Plasmodium falciparum circumsporozoiet prote�ne (CSP). De resultaten waren echter teleurstellend. SPf66 heeft een lage immunogeniciteit en induceert slechts een tijdelijke humorale immuunrespons. Bovendien is er veel controverse over de manier waarop de testen werden uitgevoerd en over het feit dat het werkingsmechanisme van SPf66 niet begrepen is. Desalniettemin hebben verschillende onderzoeksgroepen hiermee waardevolle ervaringen opgedaan die nog nuttig kunnen zijn bij toekomstige vaccintesten.

(14) DEET of N,N-diethyl-3-methylbenzamide werd voor het eerst gesynthetiseerd door McCabe en medewerkers in 1954, zie McCabe E.T., Barthel W.F., Gertler S.I., Halls S.A., J. Org. Chem., 1954, 19, 493. DEET is allesbehalve het ideale insecticide. Allergie en toxische eigenschappen werden reeds beschreven. Desalniettemin is het heden de meest gebruikte insectenverdrijver.

(15) Holt R.A., Subramanian G.M., Halpern A., Sutton G.G., Charlab R., Nusskern D.R., Wincker P., Clark A.G., Ribeiro J.M., Wides R., Salzberg S.L., Loftus B., Yandell M., Majoros W.H., Rusch D.B., Lai Z., Kraft C.L., Abril J.F., Anthouard V., Arensburger P., Atkinson P.W., Baden H., de Berardinis V., Baldwin D., Benes V., Biedler J., Blass C., Bolanos R., Boscus D., Barnstead M., Cai S., Center A., Chaturverdi K., Christophides G.K., Chrystal M.A., Clamp M., Cravchik A., Curwen V., Dana A., Delcher A., Dew I., Evans C.A., Flanigan M., Grundschober-Freimoser A., Friedli L., Gu Z., Guan P., Guigo R., Hillenmeyer M.E., Hladun S.L., Hogan J.R., Hong Y.S., Hoover J., Jaillon O., Ke Z., Kodira C., Kokoza E., Koutsos A., Letunic I., Levitsky A., Liang Y., Lin J.J., Lobo N.F., Lopez J.R., Malek J.A., McIntosh T.C., Meister S., Miller J., Mobarry C., Mongin E., Murphy S.D., O'Brochta D.A., Pfannkoch C., Qi R., Regier M.A., Remington K., Shao H., Sharakhova M.V., Sitter C.D., Shetty J., Smith T.J., Strong R., Sun J., Thomasova D., Ton L.Q., Topalis P. Tu Z., Unger M.F., Walenz B., Wang A., Wang J., Wang M., Wang X., Woodford K.J., Wortman J.R., Wu M., Yao A., Zdobnov E.M., Zhang H., Zhao Q., Zhao S., Zhu S.C., Zhimulev I., Coluzzi M., della Torre A., Roth C.W., Louis C., Kalush F., Mural R.J., Myers E.W., Adams M.D., Smith H.O., Broder S., Gardner M.J., Fraser C.M., Birney E., Bork P., Brey P.T., Venter J.C., Weissenbach J., Kafatos F.C., Collins F.H., Hoffman S.L. , Science, 2002, 298, 129. Dit handelt over het genoom van Anopheles gambiae.

(16) Gardner M.J., Hall N., Fung E., White O., Berriman M., Hyman R.W., Carlton J.M., Pain A., Nelson K.E., Bowman S., Paulsen I.T., James K., Eisen J.A., Rutherford K., Salzberg S.L., Craig A., Kyes S., Chan M., Nene V., Shallom S.J., Suh B., Peterson J., Angiuoli S., Pertea M., Allen J., Selengut J., Haft D., Mather M.W., Vaidya A.B., Martin D.M.A., Fairlamb A.H., Fraunholz M.J., Roos D.S., Ralph S.A., McFadden G.I., Cummings L.M., Subramanian G.M., Mungall C., Venter J.C., Carucci D.J., Hoffman S.L., Newbold C., Davis R.W., Fraser C.M., Barrell B., Nature, 2002, 419, 498. Dit handelt over het genoom van Plasmodium falciparum kloon 3D7.

(17) P. falciparum heeft een minimumtemperatuur nodig van 20�C om te kunnen ontwikkelen in de vector, de andere species kunnen het stellen met 16�C. De maximumtemperatuur ligt bij 35�C. De snelheid en het succes van de ontwikkeling van de plasmodium in de vector en de levensduur van de vector zelf is bepaald door de gemiddelde omgevingstemperatuur en resulteert in een optimale transmissie bij 26�C.

Terug

2004

2005

Maes, B.U.W.; Loones, K.T.J.; Hostyn, S.; Diels, G.; Rombouts, G. Rapid palladium-catalyzed aminations of aryl chlorides with aliphatic amines under temperature-controlled microwave heating, Tetrahedron 2004, 60(50), 11559-11564.

Hostyn, S.; Maes, B.U.W.; Pieters, L.; Lemi�re, G.L.F.; M�tyus, P.; Haj�s, G.; Dommisse, R.A. Synthesis of the Benzo-b-carboline Isoneocryptolepine: The Missing Indoloquinoline Isomer in the Alkaloid Series Cryptolepine, Neocryptolepine and Isocryptolepine, Tetrahedron 2005, 61(6), 1571-1577.

Van Miert, S.; Hostyn, S.; Maes, B.U.W.; Cimanga, K.; Brun, R.; Kaiser, M.; M�tyus, P.; Dommisse, R.; Lemi�re, G.; Vlietinck, A.; Pieters, L. Isoneocryptolepine, a New Synthetic Indoloquinoline Alkaloid, as an Antiplasmodial Lead Compound, J. Nat. Prod. 2005, 68(5), 674-677.

Loones, K.T.J.; Maes, B.U.W.; Rombouts, G.; Hostyn, S.; Diels, G. Microwave-assisted organic synthesis: scale-up of palladium-catalyzed aminations using single-mode and multi-mode microwave equipment, Tetrahedron 2005, 61(43), 10338-10348.

2006

Hostyn, S.; Maes, B.U.W.; Van Baelen, G.; Gulevskaya, A.; Meyers, C.; Smits, K. Synthesis of 7H-Indolo[2,3-c]quinolines: Study of the Pd-Catalyzed Intramolecular Arylation of 3-(2-Bromophenylamino)quinolines under Microwave Irradiation, Tetrahedron 2006, in press.