Her får metaller magiske evner

29.08.16 Vibeke Os

1 stk metallion plasseres sentralt i et nett av elektroner – ikke ulikt et edderkoppnett – og hva skjer?

Dreper kreftceller i kroppen, revolusjonerer mikroskopering, fanger sollys og stopper soppvekst. Ja, det høres for utrolig ut til å være sant, men det stopper ikke der. Også naturens egen fargepalett plukker noen av sine vakreste farger fra disse spesielle forbindelsene.

Kontrastbilde
Kjemiker Jan Capar har optimalisert metodene for syntese av kreftmedisin. Han har jobbet med en gruppe helt spesielle molekyler, corroler, som har unike egenskaper. Illustrasjonen over viser hvordan kreftsvulster hos mus blir selvlysende (HerGa) når musen injiseres med en metallcorrole. Foto: Agadjanian et al. 2014, PNAS

Gold-corrol
Her sitter metallet som en flue sentralt plassert i et vakkert spinn og fremkaller i naturen de vakreste farger. For Capar sin del har arbeidet gått ut på å finne ut hvilke tråder i edderkoppnettet som må justeres og på hvilken måte for å kunne bytte ut metallionet i midten. Her er et gull-ion bundet opp sentralt i nettet. Foto: IK, UiT

Vi forbinder gjerne metaller med harde gjenstander som f.eks en sykkel eller en trillebår, men metallioner bundet opp i biologiske forbindelser i naturen får unike egenskaper, noe kjemikerne ved UiT ser nærmere på.

Sentralt i historien om det magiske metallet, er edderkoppnettet det er fanget i, nemlig et systematisk oppbygd nettverk av elektroner, nærmere bestemt porfyriner og deres like. Porfyriner finnes det rikelig av i naturen jern-porfyrin gir opphav til røde blodlegemer sin farge og magnesium-porfyrin gir klorofyll sin grønnfarge.

-De naturlige porfyrinene har noen unike egenskaper som vi har gjenskapt med de syntetiske forbindelsene vi har lagd. Og det er ikke bare fargen som skifter når metaller bytter plass, men noen helt andre egenskaper som har vist seg å være av medisinsk interesse, forteller kjemiker Jan Capar.

Porfyriner og coroller har det til felles at rundt i edderkoppnettet kan elektroner forflyttes i et sinnrikt mønster og i praksis fungere som et lager av energi – et minibatteri. Små justeringer av tråder i nettet gir nye egenskaper til hele komplekset og et skifte av det sentralt plasserte metallet vil derfor resultere i helt nye anvendelser.

Porfyrin
Capar har forsket på porfyrinets nære slektning corrol, denne kan i motsetning til porfyriner bare syntetiseres på laboratoriet. Figuren viser hvor like disse to forbindelsene er. Foto: Jan Capar

En av de unike egenskapene til corroler at de kan binde opp medikamenter og frakte dem trygt til virkestedet. F.eks vil en kreftmedisin kunne passere uhindret gjennom kroppens blodbaner og lymfesystem helt til den kommer til stedet med kreft, der vil medisinen «pakkes ut» og gi en helt lokal effekt.

Ifølge Agadjanian et al., 2014, kan en gallium-corrole både detektere og eliminere kreftsvulster. (Gallium er et grunnstoff, et metall, med atomnummer 31)

-Vi har forsøkt å optimalisere metodene for design av metallcorroler, potensialet til slike forbindelser er enormt, både innen medisin, solenergi og industri, forklarer forskeren.

Men for å kunne binde ulike metaller til corrolene og få utnyttet alle de lovende egenskapene, er det ett problem som forskerne enda ikke har fått god kontroll på, såkalt demetallering* av corollen. Dvs prosessen for å bytte ut / fjerne metallioner i corrolen, altså i edderkoppnettet.

Pr i dag er det en komplisert prosess å designe corroler med spesielle egenskaper.

-Potensialet for denne type molekyler er stort og dersom vi kan få ryddet unna denne flaskehalsen vil de kunne bety mye for utviklingen av skreddersydde medisiner. I mitt arbeid har jeg forbedret metodene for bytte av metallioner i edderkoppnettet, noe som er en utfordring i dagens syntese av blant annet kreftmedisin.

Guider medikamenter og dreper kreftceller
De siste 15 årene har bruken av corroler hatt eksponensiell vekst, her er bare noe av det man har oppdaget at metall-corroler kan brukes til:

Gull, gallium, aluminium eller mangan: Finner og dreper kreftceller
Fosfor: Markør som hjelper til å synliggjøre deler av en celle for mikroskopering
Cobolt, jern og mangan: Effektive katalysatorer
Sølv: Solceller

Capar forsvarte sin avhandling 7. Juni 2016, tittel på oppgaven: “Synthesis of Sterically Hindered Macrocyclic Ligands via Demetalation of Metallocorroles”

Hans veiledere var professor Abhik Ghosh og post doc Thomas Kolle ved Institutt for kjemi, UiT- Norges arktiske universitet.

Demetallering* - fjerne et metallion

Les mer:
Tumor detection and elimination by a targeted gallium corrole

Ligand noninnocence in FeNO corroles: insights from β-octabromocorrole complexes

På Twitter   #norgesarktiske