Didaktik der Chemie / Universität Bayreuth

Stand: 03.02.05

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Arzneimittel: Der Weg von der Pflanze zum Phytopharmakon am Beispiel von Artemisinin

Vortrag von Michaela Brückner im Rahmen der "Übungen im Vortragen mit Demonstrationen - OC", SS 2002

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Gliederung:

1.Einleitung

Noch nie hat es so viele Fernreisen, vor allem in tropische und subtropische Regionen gegeben wie heutzutage. Vor allem die Bewohner der Industrienationen kommen allzu oft mit dem Flugzeug in wenigen Stunden aus ihrer gewohnten Umgebung heraus in Länder oder Regionen mit eigenem Klima, besonderen Tieren, Insekten, Parasiten und vielen, zu Hause oft völlig unbekannten und teilweise sehr gefährlichen Erkrankungen wie z.B. der Malaria. Nach Angaben des Robert - Koch - Instituts kamen 1999 mindestens 918 Menschen mit einer Malariainfektion aus dem Urlaub nach Deutschland zurück, von denen 15 bis 28 an der Krankheit verstarben. 80% der deutschen Malariainfizierten hatten Ihren Urlaub in Afrika verbracht, die meisten davon in Kenia oder Ghana. Was kann man tun, wenn man sich im Urlaub infiziert hat?

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2. Was ist Malaria eigentlich?

Malaria zählt zu den wichtigsten und gefährlichsten parasitären Erkrankungen des Menschen. 
Die Malariaerreger - nämlich Plasmodium falciparum, vivax, ovale und malariae - werden durch weibliche Stechmücken der Gattung Anopheles übertragen und zwar vorwiegend in den Nacht- und Dämmerungsstunden. Alle Malariaerreger verbreiten sich nach dem Stich über den Blutweg in die Leber, vermehren sich dort (ca.10 Tage) und befallen dann die roten Blutkörperchen (Erythrozyten), die dadurch zerstört werden. Es kommt zur Malariaerkrankung. Das gemeinsame Symptom aller Malariaerkrankung ist hohes Fieber (Temperaturen über 38°C), die klinischen Verläufe sind von der Art des Erregers abhängig.

Abb. 1: Weibliche Anopheles bei der Blutmahlzeit [7]

Stechmücken sind während der Abend- und Nachtstunden besonders aktiv. Die Erreger der Malaria tropica, können im Blutausstrich beim Erkrankten gefunden werden. Jedes befallene rote Blutkörperchen geht an der Infektion letztlich zugrunde. Die bedeutendste und gefährlichste Form der Malaria ist die MALARIA TROPICA (Infektion mit Plasmodium falciparum).

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2.1. Welche Mittel gibt es zur Bekämpfung gegen Malaria?

"Gegen jede Krankheit ist ein Kräutlein gewachsen!" (Pfarrer Kneipp zugeschrieben)

 Warum nicht auch gegen Malaria! Dieses Kraut kennt man schon seit 2000 Jahren in China, das damals zum Einsatz gegen fieberartige Erkrankungen eingesetzt wurde. Die Blätter wurden getrocknet und als Teeaufguss getrunken. Das Fieber verschwand innerhalb weniger Tage. Dieses Wunderkraut wurde in China Quinghao genannt, zu deutsch: Artemisia annua der einjährige Beifuss. Er gehört zur Familie der Asteraceae (Korbblütler), hat kleine gelbe Blüten,  und kann bis zu 2 m hoch werden. Sein natürliches Vorkommen: Nur in einzelnen hochgelegenen Gebieten in Tansania, China und Nordamerika ( wurde auch nach Deutschland in einige Gegenden eingeschleppt). A. annua wird auch schon in Europa kultiviert. Die Pflanze enthält ätherische Öle, Flavonoide und Artemisinin.

artemisia.jpg (19342 bytes)

Abb. 2: Artemisia annua [8]

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2.2. Aufbau des Artemisinin (chin. Quinghaosu)

Artemisinin

Artemisinin  kommt nur in Artemisia annua vor. Es besitzt eine Endoperoxidstruktur mit  fünf Sauerstoffatomen im Ring und Trioxankern. Es ist  wasserunlöslich.
bulletSummenformel: C15 H22 O5

  [3]

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2.3. Derivate des Artemisinins

Die Derivate haben eine stärkere Wirkung gegen Malaria und werden in der Pharmazie eingesetzt.

Artemisininsäure
bulletkommt auch in A. annua vor. Sie besitzt eine  2-8 mal höhere Konzentration als Artemisinin
bulletAusgangstoff zur synthetischen Herstellung 

Artemether
bulletVorkommen in A. annua (geringer Anteil) 
bulletSummenformel: C16H26O5
bulletDarstellung synthetisch aus DHA mit Methanol und Katalysator in saurem Medium
bulletwasserunlöslich
bulletalpha- und beta-Artemether

benzeenring04.gif (4893 bytes) [3]

Artesunat
bulletSummenformel: C19H28O8
bulletDarstellung synthetisch durch Reaktion von DHA mit Succinsäureanhydrid in alkalischem Medium
bulletwasserlöslich
bulletweißes kristallines Pulver
bulletmolare Masse M=384 g/mol

benzeenring03.gif (6073 bytes)[3]

Dihydroartemisinin (DHA)
bulletAusgangstoff zur Herstellung von Artemether, Artesunat
bulletmolare Masse M=284 g/mol

benzeenring02.gif (10303 bytes)[9]

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2.4.  Arzneimittel gegen Malaria

bulletArtemether und Lumefantrin in RIAMET®: so gut wie keine Nebenwirkungen
bulletRESOCHIN®: Der "Klassiker" unter den Malariamedikamenten. Chininabkömmling. Wirkt auf die Blutformen des Erregers der Malaria. 
bulletLARIAM®: Malariamedikament der neueren Generation. Ebenfalls Chininabkömmling und wirkt auch auf die Blutformen des Erregers. Es gibt kaum Resistenzen gegen dieses Medikament (außer in Indochina), dafür mehr Nebenwirkungen: Schwindel, Schlaflosigkeit, Herzsensationen (Beklemmungen), Depressivität
bulletPALUDRIN®: sehr altes Medikament
bulletDoxycyclin ®: Antibiotikum das auf Erreger wirkt. Das Mittel hat starke Nebenwirkungen.
bulletMALARONE®: Nachteil es ist sehr teuer
bulletZu den rein synthetischen Antimalariamitteln zählen Chlorochin (Chloroquine) und Arteflen, die in weiteren Arzneimitteln zu finden sind.

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3. Isolierung von Artemisinin aus A. annua

Extraktion mittels Hexan aus getrockneten Artemisia annua Blättern. Es entsteht dabei ein ölig-gelbe Extrakt der Pflanze, der zu Gel und anschließend zu weißem, kristallinem Pulver raffiniert wird, welches Artemisinin als so genanntes Blutschizontozid unter Zugabe wässriger Lösungen injizierbar macht. Im Idealfall ließen sich aus einem Hektar Pflanzen ein bis zwei Tonnen Blätter ernten, aus denen rund zwei bis drei Kilogramm des "Zauber-Pulvers" gewonnen werden können. Eine sehr geringe Ausbeute von Artemisinin ist das Resultat. Diese Menge deckt nicht Bedarf für Tablettenherstellung. Daher ist das Medikament  sehr teuer.

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4. Wirkung des Artemisinin

Hämin ist toxisch für den Erreger. Er baut das Hämin in das ungiftige Polymer Hämozoin in einer speziellen Vakuole um. Artemisinin greift hier ein, ebenso Chinin, Chlorochin. In der Nähe von Hämoglobin zerfällt die Peroxidbindung des Artemisinins. Es kommt zur Sauerstoffradikalbildung.

Die zwei Reaktionswege des Artemisinins:
bulletC-Radikale methylieren DNA des Erregers
bulletFe(IV)-Spezies entstehen. Dies führt zum oxidativen Stress für den Erreger. Der Erreger kann Hämin nicht mehr zu Hämozoin umbauen!

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5. Zusammenfassung

bulletNachteile der künstlichen Antimalariamittel: Resistenz gegen Erreger, starke Nebenwirkungen
bulletArtemisinin natürlicher gewonnener Stoff, aus einer Heilpflanze gewonnen 
bulletkeine Nebenwirkungen, allerdings zu geringe Ausbeute an Artemisinin
bulletweitere Forschungen auf Gebiet der Malaria aber auch im Kampf gegen andere    Krankheiten, z.B. Krebs, da die sich bildenden C-Radikale die DNA der Krebszellen verändern bzw. zerstören könnte.

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6. Literatur:

  1. Acc.Chem.Res. 1997,30,73-79.
  2. Journal of Medicinal Chemistry,1996,Vol.39, No.22.
  3. http://www.artesunate.com, 22.11.02
  4. http://www.medicine-worldwide.de, 22.11.02
  5. http://www.expeditionzone.de, 22.11.02
  6. http://focus.msn.de/D/DG/DGA/DGAA/DGAAA/dgaaa.htm?rubrik=50, 22.11.02
  7. http://www.liv.ac.uk/lstm/pvbd/Pmcall.htm, 04.12.02.
  8. www.cancersalves.com/products/wormwood.html, 22.11.02.
  9. www.dafra.be/english/dihydroartem.html, 22.11.02.

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