Biohybride DNA-Edelmetallcluster als sensorische Photokatalysatoren in der Synthese hochreiner Arzneimittel-Vorstufen

Aufgrund der zunehmenden Weltbevölkerung sowie den humanmedizinischen und geopolitischen Krisen des aktuellen Jahrzehnts zeigt sich sehr deutliche, wie wichtig eine stabile und anpassungsfähige Versorgung mit Arzneimitteln ist. Die pharmazeutische, agro- und feinchemische Syntheseforschung und Produktionsindustrie müssen sich diesen Herausforderungen stellen, sowie den überlebenswichtigen Wandel von einer zerstörerisch-linearen zu einer nachhaltig-zirkularen Industrie bewältigen. Ein Schlüsselelement ist dabei die chemische Katalyseforschung, die sich mit der Nutzung biologischer Bausteine als Komponente für biohybride Katalysatoren beschäftigen muss, um die kostenintensive und wenig umweltverträgliche Herstellung und Nutzung der rein künstlichen Katalysatoren der vergangenen hundert Jahre hinter sich zu lassen. 

Das Projekt DNAKAT stellt sich dieser Herausforderung, indem es die intrinsische Chiralität von DNA als individualisierbares Biopolymer mit hochreaktiven Edelmetallen, z. B. Gold, Silber, Platin oder Palladium, kombiniert und für die stereoselektive Synthese einsetzt, die essenziell ist für die Herstellung von Wirkstoffen mit der richtigen pharmakologischen Wirkung.

Die Fraunhofer-Institute IMM und IME streben im Projekt die Entwicklung von maßgeschneiderter DNA-Edelmetallcluster (DNA-EMC) an, welche als sensorische Photokatalysatoren für die stereoselektive Synthese von Arzneimittelvorstufen dienen sollen. Der Lösungsansatz nutzt dabei die intrinsische Chiralität von DNA und kombiniert diese mit hochreaktiven Edelmetallen, um eine effiziente und nachhaltige Katalyse zu ermöglichen. Die Arbeiten umfassen die Spezifikation von DNA-EMC, deren Synthese und die Durchführung von Benchmark-Reaktionen.

Im Projekt soll ein neuartiger Katalyseprozess als "Dual-Use"-Ansatz erforscht werden bei dem die Produktbildung und -qualität unmittelbar bei der katalytischen Umsetzung durch photonische Messverfahren einfach ermittelt werden kann. Dies erfolgt durch die gleichzeitige Nutzbarmachung von DNA-EMC als chirale Photokatalysatoren im Zusammenspiel mit deren sensorischen Eigenschaften, um den Katalysevorgang qualitativ und quantitativ direkt am Ort des Geschehens spektroskopisch zu bewerten.

Das Fraunhofer IME ist verantwortlich für die Synthese und Bereitstellung maßgeschneiderter DNA-Edelmetallcluster (DNA-EMC), deren Charakterisierung und Testung der Wirksamkeit und Effizienz der DNA-EMC als sensorische Photokatalysatoren.