Pomimo postępów w tej dziedzinie wciąż istnieje zapotrzebowanie na nowe metody funkcjonalizacji związków steroidowych. Dobrym źródłem biokatalizatorów umożliwiających przeprowadzanie takich właśnie procesów okazują się mikroorganizmy, zdolne do metabolizmu związków sterolowych. Niedawno odkryta bakteria, Sterolibacterium denitrificans, wykorzystuje cholesterol jako źródło węgla i energii zarówno w środowisku tlenowym jak i beztlenowym. W procesie pełnej mineralizacji cholesterolu wykorzystuje szereg enzymów, z których wiele może być niezwykle interesujących dla przemysłu farmaceutycznego. Jednym z takich enzymów jest dehydrogenaza C25 steroidowa (S25DH), zdolna do hydroksylacji (tj. wprowadzenia grupy OH) atomu węgla C25 w pochodnych cholesterolu (Rys. 1). Dzięki zastosowaniu tego enzymu można otrzymać ze 100% stopniem konwersji 25-hydroksycholesterol (25-OH-Ch) czy kalcyfediol (25-OH-D₃). 

Rysunek 1. Reakcja regioselektywnej hydroksylacji cholekalcyferolu do kalcyfediolu katalizowana przez S25DH. 

25-hydroksy pochodne

25-OH-Ch jest hormonem tkankowym wytwarzanym przez nasz organizm, który bierze udział w regulacji syntezy i transportu cholesterolu jak i modulacji aktywności układu odpornościowego. Proponuje się jego zastosowanie w leczeniu m.in. choroby Bergera³ czy zwalczaniu katarakty⁴. Z kolei kalcyfediol jest niezbędnym składnikiem regulatorowym dla organizmu ludzkiego zapewniającym prawidłową gospodarkę wapniowo-fosforanową i stosowany jest jako terapeutyk w przypadku szeregu schorzeń związanych z niedoborem wit. D₃: demineralizacja kości, niewydolność wątroby, jatrogenne hamowanie aktywności 25-hydroksylazy wątrobowej czy w przypadku hipogonadyzmu u mężczyzn. W Polsce kalcyfediol zarejestrowany i sprzedawany jest pod handlową nazwą Devisol 25.

Biokatalizatror

Badania nad S25DH prowadzone są od kilku lat w Instytucie Katalizy i Fizykochemii Powierzchni PAN w Krakowie. Dzięki projektowi LIDER Narodowego Centrum Badań i Rozwoju grupie naukowców pod kierownictwem dr hab. Macieja Szaleńca udało się opracować takie warunki procesu katalitycznego, by zapewnić efektywne wytwarzanie hydroksylowanych związków sterolowych. Zastosowanie kombinacji technik z dziedziny mikrobiologii, biologii molekularnej, enzymologii oraz inżynierii reakcji chemicznych pozwoliły przygotować zgłoszenia patentowe, zabezpieczające prawa własności intelektualnej wykorzystania S25DH w syntezie 25-OH-Ch jak i 25-OH-D₃. Opracowane metody umożliwiają osiągnięcie relatywnie wysokich stężeń produktów (>1 g/L) przy minimalnej pracy włożonej w przygotowanie biokatalizatora⁵ przy jednoczesnej, długotrwałej pracy katalizatora (>30 dni ciągłej pracy). W ramach badań opracowano także metody immobilizacji enzymu (synteza w układzie przepływowym). Obecnie IKiFP PAN poszukuje partnera zainteresowanego wdrożeniem opracowanego wynalazku do syntezy opisanych, cennych związków o znaczeniu farmakologicznym oraz wspólnego zabezpieczenia praw własności intelektualnej na rynku międzynarodowym. 

Rysunek 2. Synteza kalcyfediolu w reaktorze okresowym z zasilaniem.