Hampir 30 tahun yang lalu, para peneliti menemukan dua molekul yang tidak biasa dalam serbuk sari gandum hitam yang tampaknya memperlambat pertumbuhan tumor dalam penelitian pada hewan. Meskipun hasilnya menjanjikan, penelitian ini menemui jalan buntu karena para ilmuwan tidak dapat menentukan struktur tiga dimensi molekul secara tepat.
Kini, ahli kimia di Universitas Northwestern telah memecahkan misteri lama ini. Dengan membangun molekul dari awal di laboratorium, mereka mengkonfirmasi struktur secalosida A dan B yang tepat untuk pertama kalinya.
Dengan tersedianya cetak biru molekuler yang tepat, para peneliti kini dapat mempelajari bagaimana senyawa dalam serbuk sari gandum hitam, yang berasal dari tanaman sereal yang banyak ditanam untuk diambil bijinya, berinteraksi dengan sistem kekebalan tubuh. Pengetahuan ini berpotensi membantu memandu pengembangan pendekatan pengobatan kanker baru.
Hasilnya dipublikasikan di Jurnal Persatuan Kimia Amerika.
“Dalam studi pendahuluan, peneliti lain menemukan bahwa serbuk sari gandum hitam dapat membantu model hewan yang berbeda menghilangkan tumor melalui mekanisme tidak beracun yang tidak diketahui,” kata Karl A. Scheidt dari Northwestern, yang memimpin penelitian tersebut. “Sekarang kami telah memastikan struktur molekul-molekul ini, kami dapat menemukan bahan aktifnya – atau bagian mana dari molekul yang bekerja. Ini adalah titik awal yang menarik untuk menciptakan versi yang lebih baik dari molekul-molekul ini yang pada akhirnya dapat memberi informasi pada pendekatan terapeutik terhadap kanker.”
Scheidt adalah profesor kimia di Sekolah Tinggi Seni dan Sains Weinberg di Northwestern dan profesor farmakologi (dengan hormat) di Fakultas Kedokteran Feinberg di Universitas Northwestern. Ia juga anggota dari Chemistry of Life Processes Institute dan Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center di Northwestern University.
Peran alam dalam penemuan obat
Banyak obat penting yang berasal dari alam. Para ilmuwan telah lama mempelajari tumbuhan, jamur, dan mikroba untuk mencari senyawa yang dapat menginspirasi pengobatan baru.
Morfin, obat penghilang rasa sakit yang ampuh, berasal dari opium poppy. Taxol, obat kemoterapi yang penting, pertama kali diisolasi dari Pasifik. Statin yang membantu menurunkan kolesterol dan risiko penyakit jantung berasal dari jamur.
“Produk alami belum tentu merupakan obat yang efektif, namun merupakan petunjuk yang sangat baik,” kata Scheidt. “Kita dapat mengambil inspirasi dari produk alami dan menggunakan bahan kimia untuk menciptakan versi oral yang lebih baik yang dapat bertahan dari metabolisme dan mencapai target yang tepat.”
Rye pollen akhirnya bisa bergabung dalam daftar ini. Ekstrak Rye Pollen sudah dijual sebagai suplemen makanan yang digunakan banyak orang untuk mendukung kesehatan prostat. Namun, para ilmuwan belum mengembangkannya menjadi pengobatan farmasi. Hambatan terbesarnya adalah kurangnya gambaran yang jelas tentang struktur tiga dimensi molekul.
Memecahkan teka-teki molekuler selama puluhan tahun
Teknik tradisional, termasuk spektroskopi resonansi magnetik nuklir tingkat lanjut, tidak dapat sepenuhnya menentukan bagaimana unsur-unsur kunci molekul disusun. Akibatnya, para ilmuwan menghabiskan waktu puluhan tahun untuk memperdebatkan dua kemungkinan model struktural.
Kedua versi tersebut berisi atom-atom yang sama, terhubung dengan cara yang sama dan memiliki bentuk keseluruhan yang sama. Perbedaannya adalah wilayah kritis ada sebagai bayangan cermin di setiap model. Bahkan variasi halus ini dapat secara signifikan mempengaruhi bagaimana suatu molekul berinteraksi dengan target biologis dan apakah molekul tersebut menghasilkan efek biologis.
“Ini seperti tanganmu,” kata Scheidt. “Itu adalah bayangan cermin satu sama lain, tetapi Anda memerlukan sarung tangan yang berbeda untuk masing-masingnya. Jika Anda memiliki dua sarung tangan kidal, itu tidak akan berfungsi karena tangan Anda tidak dapat saling tumpang tindih.”
Membangun molekul dari awal
Untuk mengatasi ketidakpastian ini, tim Northwestern mengandalkan sintesis total, sebuah proses di mana para peneliti membangun molekul alami selangkah demi selangkah di laboratorium.
Pekerjaan ini terbukti sangat sulit karena secalosida A dan B mengandung cincin beranggota 10 yang sangat langka dan sangat tegang pada intinya. Struktur yang terkompresi rapat ini terkenal sulit untuk dirakit.
Para peneliti mengatasi masalah tersebut dengan terlebih dahulu menciptakan cincin yang lebih besar dan lebih fleksibel. Mereka kemudian memicu reaksi kimia yang mengubahnya menjadi cincin yang lebih kecil dalam satu langkah.
Setelah menghasilkan dua versi molekul yang diusulkan, tim membandingkannya dengan sampel yang diekstraksi dari serbuk sari gandum hitam. Hanya satu yang benar-benar cocok, sehingga memungkinkan para peneliti mengidentifikasi secara pasti struktur yang benar.
“Kami telah menunjukkan bahwa kami dapat membuat inti dari produk alami ini,” kata Scheidt. “Sekarang kami mencoba menemukan kolaborator potensial di bidang imunologi yang dapat membantu kami menerjemahkan hal ini menjadi titik akhir klinis.”
Penelitian bertajuk “Sintesis dan Konfirmasi Struktural Secalosides A dan B,” didukung oleh National Institute of General Medical Sciences, Institute for Life Process Chemistry Lambert Fellowship, dan National Science Foundation.
