Therapeutic Evaluation and Toxicity Profiling of Ornithine D7 and Hypotaurine from Black and White Turmeric as ROR1-Targeting Anticancer Agents

Kanker is een ziekte van ongecontroleerde groei, maar in de afgelopen jaren hebben wetenschappers geleerd dat veel tumoren vertrouwen op specifieke moleculaire schakelaars om te overleven en te verspreiden. Een dergelijke schakelaar is een eiwit genaamd ROR1. In gezonde volwassen lichamen is dit eiwit grotendeels stil; het fungeert als een slapende machine die niets doet. Echter, in verschillende soorten kanker, waaronder borst-, eierstok- en alvleeskliertumoren, wordt deze machine wakker en begint deze de ziekte vooruit te stuwen. Het helpt kankercellen te vermenigvuldigen, naar nieuwe delen van het lichaam te bewegen en behandelingen te weerstaan. Omdat het grotendeels afwezig is in gezond weefsel maar actief is in tumoren, is ROR1 een veelbelovend doelwit geworden voor nieuwe medicijnen. Het doel is om een manier te vinden om deze schakelaar uit te zetten zonder de rest van het lichaam te beschadigen. De natuur is al lang een bron van dergelijke medicijnen, waarbij planten complexe chemische structuren bieden die synthetische laboratoria vaak moeilijk vanaf nul kunnen ontwerpen.

Onderzoekers aan de Kalasalingam Academy of Research and Education in India gingen op zoek naar deze mogelijkheid met behulp van twee specifieke variëteiten kurkuma: zwarte kurkuma en witte kurkuma. Terwijl de gewone gele kurkuma die in keukens wordt gevonden bekend staat om zijn ontstekingsremmende eigenschappen, zijn deze twee minder gebruikelijke variëteiten eeuwenlang in de traditionele Indiase geneeskunde gebruikt voor het behandelen van wonden en infecties. Het team wilde zien of de chemische verbindingen die verborgen zitten in deze planten konden interageren met het ROR1-eiwit en potentieel de werking ervan zouden stoppen. Ze begonnen niet met het kweken van nieuwe planten of het isoleren van pure chemicaliën in een laboratorium. In plaats daarvan begonnen ze door de gedroogde wortels van de planten tot poeder te malen en de inhoud ervan te extraheren met alcohol. Vervolgens gebruikten ze een geavanceerde machine genaamd een gaschromatograaf-massaspectrometer om de duizenden kleine moleculen in het extract te scheiden en te identificeren wat er aanwezig was. Dit proces is vergelijkbaar met het luisteren naar een drukke kamer en het uitpikken van specifieke stemmen op basis van hun toonhoogte, hoewel de onderzoekers opmerkten dat deze methode een voorlopige lijst van verdachten biedt in plaats van een definitieve, bevestigde identiteit voor elk molecuul.

Van de complexe mengsels van chemische stoffen die in de zwarte kurkuma werden gevonden, richtten de onderzoekers zich op een verbinding die zij identificeerden als Ornithine D7. Van de witte kurkuma selecteerden zij een verbinding genaamd Hypotaurine. Dit zijn beide kleine moleculen met rollen in de normale lichaamschemie, maar het team wilde weten of zij ook als sleutels konden dienen om het ROR1-slot te blokkeren. Om dit te testen zonder levende dieren of menselijke cellen te gebruiken, maakten zij gebruik van computersimulaties. Ze bouwden een digitaal model van het ROR1-eiwit en een digitaal model van elk van de twee plantenverbindingen. Vervolgens voerden ze een virtueel experiment uit om te zien hoe goed de verbindingen in de bindingszak van het eiwit pasten, vergelijkbaar met het testen of een sleutel in een slot past. De computer berekende de energie die nodig was voor de twee om aan elkaar te hechten; een lagere energiewaarde suggereert een sterkere, stabielere verbinding.

De resultaten van deze computersimulaties waren bemoedigend. Beide verbindingen vertoonden een sterke neiging om te binden aan het ROR1-eiwit. De Ornithine D7 uit de zwarte kurkuma vertoonde een iets nauwere pasvorm dan de Hypotaurine uit de witte kurkuma, wat suggereert dat het een potentere kandidaat zou kunnen zijn om de activiteit van het eiwit te verstoren. De simulaties suggereerden ook dat deze verbindingen mogelijk kunnen interageren met andere eiwitten die betrokken zijn bij immuunregulatie en hormoonsignalering, wat erop wijst dat ze bredere effecten kunnen hebben op de systemen van het lichaam. De onderzoekers waren echter voorzichtig en merkten op dat dit slechts voorspellingen zijn gemaakt door een computer. De simulatie laat zien dat de vormen overeenkomen en de energie gunstig is, maar het bewijst niet dat de verbindingen daadwerkelijk kankercellen zullen stoppen met groeien in een levend organisme.

Voordat ze verder gingen met het idee om deze verbindingen als medicijnen te gebruiken, voerde het team ook computercontroles uit om te zien of ze giftig zouden zijn. Ze zochten naar tekenen dat de moleculen schade zouden kunnen toebrengen aan de lever, het hart of de zenuwen, of DNA-mutaties zouden kunnen veroorzaken. De resultaten waren over het algemeen positief. De Hypotaurine-verbinding leek in deze digitale tests een zeer veilig profiel te hebben. De Ornithine D7-verbinding zag er ook grotendeels veilig uit, hoewel de computer een iets hogere kans op problemen met het hart en de longen signaleerde, wat suggereert dat als deze verbinding ooit verder zou worden ontwikkeld, wetenschappers zeer voorzichtig zouden moeten zijn met de dosering en de duur van de blootstelling van een patiënt aan de stof. Deze veiligheidscontroles zijn standaard vroege stappen in de medicijnontwikkeling, bedoeld om gevaarlijke kandidaten te filteren voordat er echte wereldtesten beginnen.

Om te zien of de plantextracten zelf enige biologische activiteit hadden in de echte wereld, voerden de onderzoekers een reeks standaard laboratoriumtests uit. Ze testten de extracten op hun vermogen om schadelijke vrije radicalen te neutraliseren, wat onstabiele moleculen zijn die cellen beschadigen en bijdragen aan veroudering en ziekte. Ze ontdekten dat zowel de zwarte als de witte kurkuma-extracten goed werkten, waarbij de zwarte kurkuma een iets sterkere capaciteit vertoonde om deze radicalen te neutraliseren bij elke geteste concentratie. Ze testten de extracten ook tegen een veelvoorkomend type bacterie dat huidinfecties veroorzaakt. De extracten waren in staat de groei van de bacteriën te stoppen, waarbij de zwarte kurkuma opnieuw een lichte voorsprong toonde in effectiviteit. Ten slotte testten ze op ontstekingsremmende activiteit door te kijken of de extracten konden voorkomen dat eiwitten ontvouwen onder invloed van hitte, een proces dat de situatie tijdens een ontsteking nabootst. Beide extracten waren effectief in het beschermen van de eiwitten, waarbij de witte kurkuma een consistenter beschermend effect liet zien over verschillende concentraties heen.

De studie concludeert dat deze twee variëteiten van kurkuma stoffen bevatten die het waard zijn om verder te onderzoeken. De computermodellen suggereren dat Ornithine D7 en Hypotaurine potentieel kunnen binden aan het ROR1-eiwit en de signalen die kankercellen helpen overleven, kunnen verstoren. De labtests bevestigen dat de planten zelf beschikken over sterke antioxidant-, antibacteriële en ontstekingsremmende eigenschappen. De onderzoekers benadrukken echter dat dit pas het begin is. De identificatie van de verbindingen was gebaseerd op computergestuurde matching van chemische signaturen, niet op het isoleren en wegen van pure kristallen. De binding aan het ROR1-eiwit werd alleen waargenomen in een virtuele omgeving, niet in een reageerbuis of een levend lichaam. De veiligheidsgegevens zijn volledig theoretisch. Om te weten of deze planten echt kanker kunnen bestrijden, moeten wetenschappers de pure verbindingen isoleren, hun exacte chemische structuren bevestigen en ze testen in levende cellen en dieren om te zien of de computervoorspellingen standhouden. Tot die tijd dienen deze bevindingen als een kaart die wijst naar een veelbelovende richting, in plaats van een bereikte bestemming.