Η φύση αποτελούσε ανέκαθεν την πλουσιότερη «βιβλιοθήκη» χημικών ενώσεων με φαρμακευτικές ιδιότητες, όμως συχνά κλειδώνει τα μυστικά της πίσω από πολύπλοκες δομές που είναι εξαιρετικά δύσκολο να αποκωδικοποιηθούν ή να αναπαραχθούν. Μια τέτοια περίπτωση, που απασχολούσε την επιστημονική κοινότητα για περισσότερο από μισό αιώνα, βρήκε επιτέλους τη λύση της.
Ερευνητές από το MIT και την Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ πέτυχαν τη συνθετική παρασκευή της βερτικιλλίνης Α (verticillin A), μιας μυκητιακής ένωσης με ισχυρή αντικαρκινική δράση, η οποία είχε ανακαλυφθεί πριν από 55 χρόνια αλλά παρέμενε «άπιαστο όνειρο» για τους χημικούς λόγω της ασταθούς της φύσης.
Η εξέλιξη αυτή δεν αποτελεί απλώς μια εργαστηριακή επιτυχία, αλλά ένα ουσιαστικό βήμα για την ανάπτυξη νέων θεραπειών, καθώς η ουσία έδειξε ιδιαίτερα ενθαρρυντικά αποτελέσματα εναντίον ενός επιθετικού τύπου παιδικού καρκίνου.
Η βερτικιλλίνη Α εντοπίστηκε για πρώτη φορά σε έναν μικροσκοπικό μύκητα στα τέλη της δεκαετίας του 1960. Από τις πρώτες κιόλας μελέτες, φάνηκε ότι η ουσία αυτή διέθετε την ικανότητα να εξουδετερώνει καρκινικά κύτταρα. Ωστόσο, υπήρχε ένα σημαντικό εμπόδιο: ο μύκητας παρήγαγε την ένωση σε ελάχιστες ποσότητες, καθιστώντας την απομόνωσή της εξαιρετικά δύσκολη και χρονοβόρα διαδικασία. Για να μελετηθεί διεξοδικά και να αξιοποιηθεί φαρμακευτικά, έπρεπε να βρεθεί τρόπος να παραχθεί τεχνητά στο εργαστήριο.
Εδώ ακριβώς εντοπιζόταν το πρόβλημα για δεκαετίες. Η χημική δομή της βερτικιλλίνης Α είναι εξαιρετικά περίπλοκη. Πρόκειται για ένα διμερές μόριο, αποτελούμενο ουσιαστικά από δύο πανομοιότυπα μισά ενωμένα μεταξύ τους. Αν και αυτό ακούγεται απλό στη θεωρία, η τρισδιάστατη αρχιτεκτονική της ένωσης απαιτεί απόλυτη ακρίβεια. Επιπλέον, η ένωση είναι εγγενώς ασταθής· οι δεσμοί που τη συγκρατούν μπορούν εύκολα να διασπαστούν κατά τη διάρκεια της συνθετικής διαδικασίας, οδηγώντας την προσπάθεια σε αποτυχία.
Η ομάδα του MIT, με επικεφαλής τον καθηγητή χημείας Mohammad Movassaghi, προσέγγισε το πρόβλημα με μια νέα στρατηγική. Έχοντας εμπειρία στη σύνθεση παρόμοιων ενώσεων – οι οποίες διέφεραν από τη βερτικιλλίνη Α μόλις κατά μερικά άτομα – οι ερευνητές κατάλαβαν ότι αυτές οι μικρές δομικές διαφορές αύξαναν εκθετικά τον βαθμό δυσκολίας.
Το κλειδί της επιτυχίας βρέθηκε στον έλεγχο του χρόνου και της αλληλουχίας των αντιδράσεων. Οι ερευνητές ανέπτυξαν μια διαδικασία 16 σταδίων, κατά την οποία έπρεπε να αλλάξουν ριζικά τη σειρά με την οποία δημιουργούνταν οι χημικοί δεσμοί σε σχέση με προηγούμενες μεθόδους. Όπως εξήγησε ο Movassaghi, ο χρονισμός των γεγονότων ήταν «απολύτως κρίσιμος». Η ομάδα χρησιμοποίησε εξειδικευμένες τεχνικές για να «προστατεύσει» τους εύθραυστους δεσμούς κατά τη διάρκεια της σύνθεσης και να αποκαλύψει τις ενεργές ομάδες του μορίου μόνο όταν τα δύο μισά είχαν ενωθεί ασφαλώς.
Το αποτέλεσμα ήταν η δημιουργία της ακριβούς τρισδιάστατης δομής της βερτικιλλίνης Α, επιτρέποντας στους επιστήμονες να έχουν πλέον πρόσβαση στην ουσία κατά βούληση και σε επαρκείς ποσότητες.
Με την καθαρή ουσία πλέον στα χέρια τους, οι επιστήμονες προχώρησαν στο επόμενο στάδιο: τη βιολογική αξιολόγηση. Σε συνεργασία με την Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ και τον χημικό βιολόγο Jun Qi, η συνθετική βερτικιλλίνη Α δοκιμάστηκε σε καλλιέργειες κυττάρων διάχυτου γλοιώματος της μέσης γραμμής. Πρόκειται για έναν ιδιαίτερα επιθετικό τύπο καρκίνου του εγκεφάλου που προσβάλλει κυρίως παιδιά και για τον οποίο οι θεραπευτικές επιλογές είναι σήμερα περιορισμένες.
Τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν τις υποψίες δεκαετιών. Η συνθετική ένωση αποδείχθηκε αποτελεσματική στην εξόντωση των καρκινικών κυττάρων DMG. Μάλιστα, η ανάλυση έδειξε ότι η ουσία στόχευσε με επιτυχία τις συγκεκριμένες πρωτεΐνες εντός των κυττάρων που σχετίζονται με την ανάπτυξη του όγκου.
Η σημασία της ανακάλυψης ξεπερνά την ίδια τη βερτικιλλίνη Α. Η δυνατότητα συνθετικής παρασκευής της επιτρέπει στους επιστήμονες όχι μόνο να τη μελετήσουν σε βάθος, αλλά και να δημιουργήσουν χιλιάδες παραλλαγές της. Τροποποιώντας ελαφρώς τη δομή της, οι ερευνητές μπορούν να σχεδιάσουν νέες ενώσεις που θα είναι ακόμη πιο δραστικές ή θα έχουν λιγότερες παρενέργειες, προσαρμοσμένες στις ανάγκες της σύγχρονης ογκολογίας.
Ο Jun Qi τόνισε πως τα φυσικά προϊόντα αποτελούν πολύτιμους πόρους για την ανακάλυψη φαρμάκων και πως η συνδυασμένη τεχνογνωσία χημείας, χημικής βιολογίας και κλινικής φροντίδας είναι απαραίτητη για να αξιολογηθεί πλήρως το θεραπευτικό τους δυναμικό. Πλέον, με το εμπόδιο της σύνθεσης να έχει ξεπεραστεί, η βερτικιλλίνη Α παύει να είναι μια «μυστηριώδης» ουσία του παρελθόντος και μετατρέπεται σε ένα απτό εργαλείο στα χέρια της επιστήμης, ανοίγοντας ένα νέο κεφάλαιο στη μάχη κατά του καρκίνου.