Acetylsalicylsyra Från vitpilbark till syntetisk framställning

Acetylsalicylsyra Från vitpilbark till syntetisk framställning Elin Lehnbom Biologiskt aktiva naturprodukter i läkemedelsutveckling 5 p, HT-04 Institutionen för läkemedelskemi, Avdelningen för farmakognosi Uppsala universitet

Innehållsförteckning Historisk bakgrund... 3 Frågeställningar... 3 Metodbeskrivning för extraktion av salicin... 4 Beskrivning av biologisk aktivitet... 4 Klinisk effekt och användning... 4 Läkemedelsutveckling... 5 Referener... 7 2

Historisk bakgrund Redan assyrierna och egyptierna använde på sin tid extrakt från pilträd till muskelvärk och ledvärk. Under det grekiska imperiets tid diskuterade de lärde om den rätta behandlingen vid inflammation och värk. Hippokrates, som anses vara medicinens fader, rekommenderade pilextrakt mot värk (1, 2, 3). Det dröjde dock ända till 1763 innan pilbarksextrakter blev intressant för kemister. Då hade en präst vid namn Edward Stone gett 1 gram pulveriserad pilbark till människor med feber. Han märkte då att febern gick ner samtidigt som patienterna blev smärtlindrade. Stone var intresserad av homeopati och antog därför att pil som växer i fuktig och blöt mark borde ha effekt mot feber eftersom man vid febriga tillstånd kan bli fuktig och svettig (2, 3). 1828 lyckades Johann Buchner, en professor i farmaci i München, att extrahera salicin från pilbarken. Den italienska kemisten Rafaele Piria var först med att utvinna salicylsyra från salicin, men dess kemiska struktur identifierades i Tyskland av Hermann Kolbe som år 1859 lyckades syntetisera salicylsyra. Redan 1874 var den industriella produktionen i gång, men biverkningar i form av magirritationer och salicylsyrans otäcka smak gjorde att man ville hitta en bättre förening (3). Felix Hoffmann var en kemist i Tyskland, vars far led av reumatism. Fadern tålde inte salicylsyra och detta sporrade Hoffmann som 1897 lyckades förena salicylsyra med ättiksyra så att acetylsalicylsyra (ASA) bildades. Laboratoriet som Hoffmann jobbade på ägdes av Friedrich Bayer, som tog patent på föreningen 1899 och gav det namnet A-spirin. A står för acetyl och spirin kommer från Spiraea ulmaria. Det blev en stor succé som anses vara en milstolpe i den farmacevtiska industrin (2, 3, 4). Andra viktiga händelser kring ASA, hämtat från Bayers World of Aspirin (5). Efter att ett patent erhållits, började en massiv marknadsföring av Aspirin. Man tog även patent i USA och försäljningen gick mycket bra när patentet gick ut 1917. 1953 publicerar Lawrence Craven sin hypotes om att ASA skulle minska risken för hjärtinfarkt, men den vinner inte stort gehör. 1971 bevisar Smith och Willis att de blodförtunnande egenskaperna av ASA beror på synteshämning av prostaglandiner i blodplättarna. Samma år publicerar John Vane (som sedan får Nobelpriset 1982 för sina upptäckter) sina iakttagelser om att de antipyretiska, analgetiska och antiinflammatoriska egenskaperna hos ASA beror på hämningen av prostaglandiner. 1977 bevisar en amerikansk studie för första gången att ASA kan förhindra stroke. 1983 publiceras en studier som tyder på ASA kan förhindra hjärtinfarkt hos patienter med instabil kärlkramp. 1986 varnar amerikanska Food and Drug Administration (FDA) att barn som använder ASA kan råka ut för Reyes syndrom, en sällsynt men allvarlig sjukdom. 1988 bevisas det att dagligt intag av ASA minskar risken för hjärtinfarkt. Samma år kommer även de första artiklarna om att ASA förebygger cancer. 1997 kommer en studie som tyder på att dagligt intag av ASA kan minska antalet migränattacker (5). Frågeställningar Hur gör man för att få fram de föreningarna i barken eller andra växtdelar som har lämpliga egenskaper för att användas i läkemedel? Vilka biologiska aktiviteter har de ingående föreningarna i vitpil? Vad har de för verkningsmekansim och hur används de i dag? Hur ser utvecklingen ut för ASA? 3

Metodbeskrivning för extraktion av salicin Fenoler extraheras vanligtvis med metanol, etanol eller alkohol från växtmaterial. För att renframställa föreningarna används olika kromatografiska metoder, till exempel kolonnkromatografi, high-performance liquid chromatogragy (HPLC) eller tunnskiktskromatografi. HPLC är den snabbaste och mest pålitliga metoden. Att använda reversed-phase HPLC (opolär stationär fas och polär mobil fas) är att föredra eftersom föreningarna löser sig bättre i den polära fasen (6). Som beskrivs nedan är torkning ett sätt att förhindra hydrolys av glykosiden. En studie av Julkunen-Tiitto et al (7) undersöker olika metoder för att torka växtmaterialet och hur det påverkar de ingående ämnena. I studien användes löv från Salix purpurea L. Dessa löv analyserades sedan medan avseende på flavonoider, tanniner och salicylater. Metanol användes som lösningsmedel för att extrahera flavonoider och salicylater, medan aceton användes som lösningsmedel till tanninerna. Studien visade att det bästa är att analysera färska löv, men måste de preserveras sker det lämpligast genom att låta torkningen ske i rumstemperatur med kiselgel (som påskyndar processen) eller genom frystorkning utan förbehandling (7). Beskrivning av biologisk aktivitet Barken av vitpil innehåller fenolglykosider, flavonoider och tanniner (8, 9). Det är främst fenolglykosiden salicin som har effekt. Glykosider består av två delar, dels en sockerart och dels en annan del som kallas aglykon, vilket inte är ett socker. Aglykonen kan till exempel vara en alkohol eller en fenol. Glykosider är icke-flyktiga och kan ofta bilda kristaller. Alla växtdelar i en växt kan innehålla glykosider, men halten varierar i olika delar av växten. Dessutom kan växtplats, jorden, klimatet och andra faktorer påverka halten (10). Glykosider är stabila i basiska lösningar, men i sura lösningar hydrolyseras de så att sockret och aglykonen separeras (11). De flesta växter som innehåller glykosider innehåller också ett enzym som kan hydrolysera dem. I en levande växt är enzymet och glykosiden åtskilda, men när växten dör bryts den barriären ner och glykosiden hydrolyseras. Detta är något som är viktigt att tänka på om man vill separera en intakt glykosid från en växt. Eftersom enzymer behöver vatten för att fungera, kan man genom att snabbt låta växtmaterialet torka för att undgå att glykosiden hydrolyseras (12). Det är främst extrakt från barken av vitpil,, Salicis albae L. som används, men även barkextrakt från Salix fragilis L., Salix pentandra L. och Salix purpurea L, dvs. knäckepil, jolster och rödvide kan användas. Beroende på vilken Salix-art som används, årstiden och andra faktorer varierar halten av salicin mellan 1,5 % till över 11 % (8, 9, 10). I kroppen kommer salicin att hydrolyseras till aglykonen saligenin i tarmen. Saligen tas upp av blodet och när det når levern kommer den att oxideras till salicylsyra, som är febernedsättande och smärtstillande. Vill man, och har man tillgång till pilbark, kan man göra en egen dekokt. Ta 1-2 teskedar mald pilbark till en kopp kallt vatten, låt koka upp och sila efter 5 minuter (10). Klinisk effekt och användning Icke-steroida antiinflammatoriska läkemedel (NSAID) är bland de mest använda läkemedlena i världen. Det finns fler än 50 olika NSAID på marknaden som bland 4

annat förskrivs mot reumatisk värk men tas även ofta receptfritt mot mindre krämpor. Många NSAID har flera verkningssätt, de flesta har dock dessa tre: Antiinflammatorisk effekt Analgetisk effekt Antipyretisk effekt Dessa effekter beror på hämning av cyklooxygenas (COX) vilket leder till hämning av prostaglandinproduktionen. Det finns två typer av COX enzymer: COX-1 och COX-2. COX-1 finns i blodplättar och är viktig i hemostasen. COX-2 induceras i inflammatoriska celler och ansvarar för produktionen av inflammatoriska mediatorer. Den antiinflammatoriska effekten av de flesta NSAID beror därför på hämning av COX-2, medan hämning av COX-1 ger biverkningar. Vid inflammation är COX-2 inblandad i vasodilation, ödem och smärta, och det är mot dessa tre komponenter av den inflammatoriska responsen som NSAID har effekt. Det är främst mot smärta i samband med inflammation eller vävnadsskada som NSAID har en analgetisk effekt, eftersom de minskar produktionen av prostaglandiner och det är prostaglandinerna som orsakar nociceptorernas sensitivitet mot inflammatoriska mediatorer. Den antipyretiska effekten av NSAID beror på hämningen av prostaglandiner i hypotalamus. Vår normala kroppstemperatur regleras av hypotalamus. Under en inflammatorisk reaktion kan bakteriella endotoxiner orsaka makrofagfrisättning från IL-1 som stimulerar genereringen av prostaglandin E (PGE) i hypotalamus vilket höjer temperaturen. Eftersom IL-1 inducerar COX-2, har NSAID en antipyretisk effekt (13). Förr trodde man att ASA bara var bra mot inflammatoriska tillstånd, men nu har man hittat flera möjliga indikationer till exempel hjärtkärlsjukdomar. Vad gäller hemostasen spelar blodplättarna en viktig roll. På oskadat endotel fäster inte blodplättar, men skulle en skada uppstå fastnar blodplättarna där och aktiveras, vilket bland annat leder till frisättning av tromboxan A 2 (TXA 2 ) som stimulerar andra blodplättar att fastna. ASA ändrar balansen mellan TXA 2 (som stimulerar aggregation) och PGI 1 (som förhindrar aggregation). Genom att inaktivera COX, reduceras både TXA 2 - syntesen i blodplättarna och PGI 1 -syntes i endotelet. Celler i endotelet kan syntetisera nya enzymer, något som blodplättarna inte klarar av. Därför kommer syntesen av TXA 2 vara hämmad under 7-10 dagar tills nya blodplättar bildats. Dessutom behövs det större doser för att hämma COX i endotelet, vilket gör att låga doser av ASA effektivt hämmar syntesen av TXA 2 utan att nämnvärt påverka syntesen av PGI 1 (13). Läkemedelsutveckling Historien om ASA slutar inte här. Trots att den funnits som registrerat läkemedel på marknaden i över 100 år och använts långt dessförinnan, hittar forskare fortfarande nya indikationer, på vilka ASA kan användas. Alzheimers är en indikation till vilken forskare hoppas att ASA kan hjälpa. I en svensk studie från förra året undersökte effekten av ASA hos patienter över 80 år med Alzheimers. Alzheimers kan delvis vara sekundärt till en inflammation i de kognitiva delarna i hjärnan. NSAID är välkända för att hämma COX och därigenom minska produktionen av prostaglandiner och tromboxaner. Eftersom prostaglandiner deltar i den inflammatoriska processen, kan COX-hämning vara den verkningsmekanism som ligger till grund för att förhindra utvecklingen av Alzheimers. Det finns inga 5

övertygande bevis om att så skulle vara fallet utan fler studier behövs för att klargöra ASAs effekt vid Alzheimers. Författarna bakom studien anser dock att möjligheten att en så välbeprövad och billig substans som ASA skulle kunna användas för att bibehålla den kognitiva förmågan och minska utvecklingen av Alzheimers gör den värd att undersöka (14). En annan spännande indikation som förhoppningsvis ASA kan hjälp mot är koloncancer. Efter upptäckten att kväveoxid (NO) har liknande effekt på mukosan som prostaglandiner fäste man en NO-grupp till NSAID med kovalenta bindningar. Tanken var då att minska de gastrointestinala biverkningarna av de vanliga NSAID. NO-NSAIDs har liknande effekter som vanliga NSAID, men färre biverkningar och är mer effektiva mot koloncancer. NO-ASA visade sig vara mer effektiv än de flesta andra NO-NSAID. Olika verkningsmekanismer bakom effekten har undersökts och inkluderar bland annat cellkinetik. NO-ASA inhiberar cellproliferation, förstärker celldöd genom att inducera apoptos samt blockerar vissa transitioner i cellcykeln, vilket leder till en inhiberad celltillväxt (15). 6

Referenser 1. Sandberg F, Bohlin L. Fytoterapi: växtbaserade läkemedel. 1993. Hälsokostrådet. 2. Elwood PC. Aspirin: past, present and future. Clin Med. 2001 Mar-Apr;1(2):132-7. 3. Jones R. Nonsteriodal anti-inflammatory drug prescribing: past, present and future. Am J Med. 2001 Jan 8;110(1A):4S-7S. 4. Lind PO. Bota dig själv: egenvård med läkemedel och naturläkemedel. 2000. Prisma. 5. http://www.aspirin.com/index_en.html 6. Minakhmentov RA, Onuchak CA, Kurkin VA, Zapesochnaya GG, Medvedeva SA. Determination of triandrin and salicin in Salix viminalis L. by reversed-phase highperformance liquid chromatography. J Anal Chem. 2002 Apr;57(4):338-41. 7. Julkunen-Tiitto R, Sorsa S. Testing the effects of drying methods on willow flavonoids, tannins, and salicylates. J Chem Ecol. 2001 Apr;27(4):779-89. 8. Färnlöf Å, Tunón H. Naturläkemedel: naturläkemedel, naturmedel, VUM. 2000. Hälsokostrådet. 9. Sandberg F, Corrigan D. Natural remedies: their origins and uses. 2001. Taylor & Francis. 10. Juneby HB. Fytomedicin en fickhandbok om medicinalväxter. 1999. Artaromatförlaget AB. 11. Solomons G, Fryhle C. Organic chemistry. 7 th Ed. 2000. Wiley. 12. Samuelsson G. Drugs of natural origin: A textbook of pharmacognosy. 5 th Ed. 2004. Apotekarsocieteten. 13. Rang HP, Dale MM, Ritter JM, Moore PK. Pharmacology. 5 th Ed. 2003. Churchill Livingstone 14. Nilsson SE, Johansson B, Takkinen S, Berg S, Zarit S, McClearn G, et al. Does aspirin protect against Alzheimer s dementia? A study in Swedish population-based sample aged 80 years. Eur J Clin Pharmacol. 2003 Aug;59(4):313-9. 15. Rigas B, Kashfi K. Nitric-oxide-donating NSAIDs as agesnts for cancer prevention. Trends Mol Med. 2004 Jul;10(7):324-30. 7