Physostigmin ist ein sekundärer Metabolit, der von der afrikanischen tropischen Weinrebe Physostigma venosum, bekannt als Calabar-Bohne, produziert wird. Diese Verbindung wird beim Menschen als Medikament zur Behandlung von Glaukom und Myasthenia gravis verwendet und wurde einst als Behandlung der Alzheimer-Krankheit angesehen. Es fungiert als reversibler Inhibitor der Cholinesterase, dem Protein, das Acetylcholin abbaut. Der größte Teil der Körperbewegung beruht auf der Übertragung von Signalen von Nervenzellen zu Muskeln, die durch Acetylcholin vermittelt wird.
Cholinesterasehemmer, sogenannte Anticholinesterasen, hemmen den Abbau von Acetylcholin. Im Allgemeinen sind sie für Tiere hochgiftig, da sie mit Cholinesterase einen irreversiblen Komplex bilden. Dies führt dazu, dass sich die Muskeln weiter zusammenziehen, was zu Lähmungen und zum Tod führen kann. Viele Insektizide nutzen diese Wirkungsweise, ebenso einige Nervengase. Im Gegensatz dazu bindet Physostigmin die Cholinesterase reversibel, was eine Verwendung als Medikament beim Menschen ermöglicht.
Physostigminsulfat ist die Form, die in den Vereinigten Staaten als Medikament verwendet wird und bei der Behandlung von Glaukom verwendet wird. Physostigmin ist wirksam, um die zusätzliche Flüssigkeit aus dem Auge abfließen zu lassen. Es fungiert auch als Miotikum, wodurch sich die Pupillen verengen. Diese Eigenschaft kann auch bei der Behandlung von Glaukom helfen. Manchmal wird es als Miotikum verwendet, nachdem die Augen während einer Augenuntersuchung erweitert wurden.
Die Muskelschwächekrankheit Myasthenia gravis kann mit dieser Anticholinesterase effektiv behandelt werden. Die Wirkung dieser Störung hält Acetylcholin davon ab, seine Funktion der Muskelaktivierung zu erfüllen. Daher kann eine Behandlung mit Physostigmin helfen, die Symptome dieser Krankheit zu lindern.
Klinische Studien wurden mit Physostigmin durchgeführt, um festzustellen, ob es die Funktionsfähigkeit von Patienten mit Alzheimer-Krankheit verbessern könnte, da die Hypothese auftrat, dass die Symptome der Krankheit auf einen Mangel an ausreichenden Mengen an Acetylcholin zurückzuführen waren. Die Behandlung mit dieser Verbindung verursachte einen kleinen, aber messbaren Anstieg der kognitiven Fähigkeiten. Die Patienten litten jedoch unter drastischen Nebenwirkungen und die meisten brachen die Tests ab. Die Schlussfolgerung war, dass dieses Medikament zur Behandlung der Alzheimer-Krankheit nicht geeignet wäre.
Eine weitere Eigenschaft von Physostigmin ist, dass es die Blut-Hirn-Schranke überwinden und das zentrale Nervensystem (ZNS) beeinflussen kann. Dadurch kann es zur Behandlung von Überdosierungen von Medikamenten eingesetzt werden, die zu einer zu hohen Produktion von Acetylcholin führen. Dies wird als cholinerger Effekt bezeichnet. Überdosierungen der Pflanzenstoffe Atropin und Scopolamin können diesen Effekt verursachen. Eine häufige und potenziell tödliche Quelle für solche Medikamente ist der Konsum oder die Inhalation von Jimson-Weed, Datura stramonium, als versuchtes Halluzinogen.
Die chemische Synthese von Physostigmin ist angesichts der Komplexität des Moleküls ein sehr schwieriges Unterfangen. Eine zusätzliche Komplikation besteht darin, dass es zwei Formen der Verbindung gibt, die als Stereoisomere bekannt sind, aber nur eine Form als Arzneimittel wirksam ist. Chemiker entdeckten 1935 eine Möglichkeit, diese Chemikalie im Labor zu synthetisieren, und es wurden eine Reihe verschiedener Methoden entwickelt. Im Allgemeinen wird diese Chemikalie aus reifen, trockenen Samen der Calabar-Bohnen-Pflanze isoliert, anstatt von Grund auf neu synthetisiert zu werden.