Ähnliche Struktur – ähnliche Wirkung? Von wegen!

Ähnliche Molekülstruktur – ähnliche Wirkung? Manchmal stimmt das, oft jedoch nicht. Ein kleiner Streifzug durch die wundersame Welt der pharmakologisch wirksamen Moleküle zeigt es.

Wären nur ein paar Atome ihrer Wirkstoffe anders, enthielte die Pille männliche Sexualhormone. Die Wirkung wäre dann nicht die gleiche...Jeder neue Wirkstoff, der eine Zulassung zur Anwendung in einem Medikament erhalten soll, muss zuvor umfassend erprobt werden: im Labor, mit Tieren und schließlich mit Menschen. Das ist aus medizinischen Gründen zwingend notwendig und auch gesetzlich vorgeschrieben. Und das kostet typischerweise einen dreistellige Millionenbetrag, unabhängig davon, ob früher schon einmal ein strukturell ähnlicher Wirkstoff getestet wurde oder nicht.

Mitunter wird allerdings gemutmaßt, ein Wirkstoff mit Strukturähnlichkeit zu einem früheren oder zu einem bekannten Naturstoff sei medizinisch gesehen „weniger wert“; denn eine ähnliche Struktur habe im Körper sicher auch ähnliche Wirkungen. Ein solcher Wirkstoff sei mithin nicht besonders innovativ und therapeutisch von geringem Wert.

Ein mitunter sogar gefährlicher Irrtum! Das veranschaulichen die folgenden Beispiele:

Coffein und Theophyllin unterscheiden sich nur in zwei Atomen. Coffein fördert vor allem den Wachzustand des Gehirns, indem es bestimmte Rezeptoren daran hindert, die Nervenzellaktivität herab zu regulieren; Theophyllin hingegen weitet die Bronchien, indem es deren Muskulatur erschlaffen lässt und wird deshalb als Mittel gegen Bronchialasthma eingesetzt. Ein Ab- bzw. Umbau von weiteren fünf Atomen gegenüber Theophyllin führt zur Harnsäure, die über keine von beiden Wirkungen verfügt, aber Gicht hervorrufen kann, wenn sie im Körper in zu hohen Konzentrationen auftritt.

Auch Adenin und Mercaptopurin unterscheiden sind nur in zwei Atomen. Während Adenin ein natürliches Zwischenprodukt der Verdauung ist, ist Mercaptopurin ein Zytostatikum für die Behandlung von Leukämie. Es kann als Nebenwirkungen u.a. Erbrechen, Blutbildungs- und Leberfunktionsstörungen und Hautausschlag auslösen.

Morphin und Codein unterscheiden sich nur in drei Atomen. Morphin ist ein starkes Schmerzmittel, das der Betäubungsmittelverordnung untersteht. Codein ist ein Hustenmittel, das verschreibungspflichtig ist, aber nicht unter die Betäubungsmittelverordnung fällt.

Amoxicillin unterscheidet sich von natürlichem Benzyl-Penicillin aus dem Schimmelpilz Penicillium notatum nur in drei Atomen. Die Veränderung reicht aus, damit Amoxicillin gegen weitaus mehr Bakterienarten wirksam ist als Benzyl-Penicillin (konkret: Es wirkt auch gegen sogenannte Gram-negative Bakterien). Zudem ist es Magensäure-unempfindlich, so dass mehr eingenommener Wirkstoff die Blutbahn erreicht als beim Benzyl-Penicillin. Seine Halbwertszeit im Blut ist von einer halben auf eine Stunde verlängert.

Östradiol und Testosteron unterscheiden sich nur in sieben von knapp 50 Atomen. Das weibliche Sexualhormon Östradiol hat aber erkennbar andere Wirkungen als das männliche Sexualhormon Testosteron ...

Was aber ist die geringstmögliche Veränderung an einem Molekül, die sich
bereits in der Wirkung bemerkbar macht? Es ist die Veränderung von nur zwei Winkeln, in denen Atome vom Rest des Moleküls abstehen – bei ansonsten völlig gleicher Art, Zahl und Anordnung der Atome! Das zeigen die Wirkstoffe Chinin und Chinidin:

Chinin und Chinidin bestehen aus den gleichen Atomen, die nur an zwei Stellen im Molekül in einem anderen Winkel miteinander verbunden sind. Chinin tötet Malaria-Erreger ab, stillt Schmerzen, senkt Fieber und fördert die Wehen. Chinidin hingegen wirkt gegen Herzrhythmusstörungen, in Überdosis verursacht es Herzprobleme.

Medizin ist eben nicht einfach Chemie – eine Erkenntnis, die gerade für die seit kurzem vorgeschriebene frühe Nutzenbewertung für neue Medikamente erhellend sein kann!