Forschungsschwerpunkte
Die Arbeitsgruppe Pharmakognosie am Institut für Pharmazie der Universität Innsbruck beschäftigt sich hauptsächlich mit vier Themenbereichen. Diese sind (a) die Isolierung und Strukturaufklärung von Sekundärstoffen aus höheren Pflanzen mit potentieller entzündungshemmender, antitumoraler und antimikrobieller Aktivität, (b) chemosystematische Untersuchungen vor allem der Tribus Lactuceae, (c) die Analytik und Qualitätsbeurteilung von (Arznei)-Pflanzen und Phytopharmaka sowie (d) die gezielte Auffindung pharmakologisch aktiver Naturstoffe mittels computerunterstützen Methoden (Pharmakophore Modeling, Virtual Screening, Docking, Neural Networks).
Mit Hilfe moderner phytochemischer Methoden und analytischer Hochleistungsverfahren (Gaschromato-graphie, Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, Kapillarelektrophorese, Kapillarelektrochromatographie, Massenspektrometrie) wird nach neuen Naturstoffen gesucht, die potentielle Arzneistoffe bzw. Leitstrukturen für die chemische Synthese derselben darstellen. Ein besonderes Augenmerk wird hierbei auf traditionellen Arzneipflanzen der europäischen und asiatischen Volksmedizin sowie auf Vertreter der heimischen Alpenflora gerichtet. Die durchgeführten chemosystematischen Arbeiten versuchen durch vergleichende phytochemische und analytische Studien postulierte Verwandtschaften zwischen einzelnen Pflanzen-Taxa zu finden bzw. diese zu bestätigen.
Analytische Aufgabenstellungen (Standardisierung, Methodenent-wicklung, Validierung und Qualitäts-beurteilung von Pflanzenextrakten), zu deren Durchführung modernste Verfahren wie LC-MS oder CE-MS zur Verfügung stehen, werden oft in Kooperation mit in- und ausländischen Industriepartnern durchgeführt. Neben der Grundlagenforschung ermöglichen gerade diese Kooperationen eine äusserst praxisrelevante und anwendungsorientierte Forschung. Zur gezielten Wirkstofffindung stehen mehrere Testsysteme in der Abteilung zur Verfügung. Einerseits wird mittels computeruntestützter Pharmakophor-Modelle versucht bioaktive Naturstoffe (z.B. mit Acetylcholinesterase-inhibierender Aktivität) über strukturelle Merkmale zu finden, andererseits werden Enzymassays (Acetylcholinesterase, verschiedene Cytochrome) zum Aktivitätsscreening von Pflanzenextrakten und Reinstoffen eingesetzt.
Diese Kombination verschiedener methodischer Ansätze (Analytik, Chemosystematik und Pharmakologie, neben „klassischer“ Phytochemie) ermöglicht eine umfassende und effiziente Bearbeitung pharmakognostischer Aufgabenstellungen. Zahlreiche Publikationen in international renomierten Journalen sowie Projekte und Kooperationen unterstreichen die Qualität der durchgeführten Forschung und bestätigen die Erfahrung und überregionale Bedeutung der Arbeitsgruppe für Pharmakognosie auf dem Gebiet der Naturstoffforschung.
Forschungsprojekte
Österreichischer Fond zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
Abiotic stress in extremophiles - strategies and utilization (P24168)
Project leader: Assoc.-Prof. Dr. Markus Ganzera
Funding period: 2012-2015
Project description: The term extremophile describes an organism that exists under extreme physical or geochemical conditions. Our project systematically studies changes in the metabolic patterns of alpine high altitude green algae and cyanobacteria exposed to elevated UVA and UVB radiation. This encompasses the selection and cultivation of algae in larger scale, the identification and analysis of respective compounds, as well as studying their bioactivity focusing on anti-inflammatory and skin protecting properties. Thus, aspects of ecology, phytochemistry, analytical sciences and pharmacology are joined in a unique way, creating a stable foundation for further research on a group of organisms that largely has been overlooked by science till date.
NFN-Project: Drugs from Nature Targeting Inflammation (ZFS107010, ZFS107030)
Coordination (Project Part 01): Univ.-Prof. Dr. Hermann Stuppner
Project leader (Project Part 03): Univ.-Prof. Dr. Hermann Stuppner
Associate: Ao. Univ. Prof. Dr. Judith M. Rollinger
1st Funding period: 01.04.2008 - 31.03.2011
2nd Funding period: 01.04.2011 - 31.03.2014
Taxonomic revesion of the Genus Leontopodium (P19480)
Project leader: Univ.-Prof. Dr. Hermann Stuppner
Funding period: 2007 - 2010
Project description: Ziel des Projektes ist die gesamte taxonomische Überarbeitung der Gattung Leontopodium. Der interdisziplinäre Forschungsansatz kombiniert verschiedene genetische Untersuchungsmethoden mit der Bestimmung der morphologischen Eigenschaften sowie chemotaxonomische Aspekte der einzelnen Edelweiß-Arten. Unterschiede der sekundären Pflanzeninhaltsstoff-Muster werden mittels 1H-NMR based metabolic profiling erfasst und verglichen.
Inhibitors of acetylcholinesterase from plants (P18379)
Project leader: Univ.-Prof. Dr. Hermann Stuppner
Funding period: 2005 – 2008
Project description: For the efficient discovery of plant constituents with improved bioavailability and anticholinesterase activity two strategies are followed up, i) the computer-aided drug discovery and ii) a random screening by means of a bioautographic thin layer chromatography test. The computer-aided drug discovery allows virtual screening of 3D databases consisting of natural constituents. These are screened against a pharmacophore model generated from the AChE crystal structure co-crystallized with galanthamine. Random search of secondary plant metabolites for AChE inhibitory activity is performed by a bioautographic thin layer chromatographic test using Ellman’s reagent. Promising plant crude extracts are enriched in bioguided manner focusing on the isolation plant constituent/s with reliable potency to inhibit AChE. For both approaches an in vitro enzyme assay for the quantitative determination of the AChE inhibitory activity as well as in vivo release of acetylcholine in the nucleus accumbens of rat brain are conducted. These results are accomplished by behaviour tests to evaluate memory enhancement in mice.
Systematic Investigations of the Tribe Lactuceae (P15594)
Project leader: Univ.-Prof. Dr. Hermann Stuppner
Funding period: 2002 - 2006
Project description: In the course of the proposed project phytochemical and molecular- biologic investigation of members of the tribe Lactuceae (Asteraceae), with a focus on the subtribes Crepidinae, Hypochoerinae and Scorzonerinae were performed. One aim of the project was the finding of new natural products or even classes of natural products, their isolation and structure elucidation by nuclear magnetic resonance spectroscopy and mass spectrometry. Furthermore, the occurrence of these new compounds as well as the occurrence of known compounds within the tribes mentioned above was analyzed by high performance liquid chromatography. The obtained quantification data were processed by multivariate data analysis.
Österreichische Forschungsfördergesellschaft (FFG)
Natural product derivatives for the treatment of dementia diseases
Project leader: A.Univ.-Prof. Dr. Judith Rollinger
Funding period: 2005 - 2007
Project description: The aim of this project is the discovery of NPs and derivatives thereof endowed with beneficial properties towards neurodegenerative diseases. Virtual screening filtering experiments revealed some natural and semi-synthetic alkaloids form the morphinan type as promising AChE inhibitors. The focused target within this project is to find and synthesize multi-potential AChE-inhibitors from this chemical class, which should show a lack of adverse side effects, beneficial ADME parameters and favourably modulating effects on the nicotinic ACh- and NMDA-receptor. By means of diverse computer-assisted methods in combination with knowledge from in vitro and in vivo results a target-oriented procedure will be aspired, enabling (i) a time- and cost saving discovery/synthesis of promising drug candidates and (ii) an insight into their molecular bio-mechanism.
Nationale und akademische Förderungen
Computer-assisted Data Mining Tools for the Discovery of Bioactive Natural Products
Project leader: A.Univ.-Prof. Dr. Judith Rollinger
Funding period: 2006 – 2007
Project description: The aim of this project is to acquire and apply neural network techniques in order to close the gap between structural information of NPs and their biological activity using statistical and pattern recognition methods of chemoinformatics. An integrated approach with the classical virtual screening filtering techniques is intended and shall help to (i) evaluate and compare the different strategies; (ii) improve the knowledge of the enzymes’ binding sites; (iii) gain insight into the structure-activity relationship; (iv) distinguish hits from non-hits, and (v) in turn, straighten forward the efficient search for bioactive NPs. The focused targets for this project are acetylcholinesterase, the rhinovirus capside binding site and cytochrome P450 enzymes.
Altitudinal variation of secondary metabolite profiles in higher plants
Project leader: A.Univ.-Prof. Dr. Christian Zidorn
Funding period: 2005 – 2006
Project description:The main focus of the intended investigation is the UV-B induced accumulation of secondary plant metabolites with a supposed UV-absorbing and/or radical scavenging activity under ambient solar conditions in flowering heads of the medicinal plant Arnica montana. Flavonoids and phenolic acids in extracts from flowering heads collected in different altitudes will be quantified using HPLC and the radical scavenging potential of these extracts will be assessed using the DPPH assay. The secondary metabolite profiles of plants grown under ambient solar conditions will be compared to those of plants grown under enhanced UV-B radiation. The obtained results will be discussed in the light of the putative UV-B protection function of phenolic compounds for the plants producing them.