Basel (LabNews Media LLC) – Forschende des Schweizerischen Nanoscience-Instituts (SNI) der Universität Basel haben eine chemische Reaktion genutzt, die in der Natur nicht vorkommt, um Wirkstoffe direkt an einem Tumor zu aktivieren. Das könnte die Krebsbehandlung schonender und effektiver machen. Die Technologie basiert auf der sogenannten bioorthogonalen Katalyse: Künstliche Metallverbindungen wandeln harmlose Wirkstoffvorstufen (Prodrugs) nur am gewünschten Ort im Körper in ihre aktive Form um. Die Studie wurde im „Journal of the American Chemical Society“ veröffentlicht (DOI: 10.1021/jacs.6c14207).
Herkömmliche Chemotherapien greifen oft nicht nur Krebszellen, sondern auch gesundes Gewebe an, was zu schweren Nebenwirkungen wie Haarausfall oder Übelkeit führt. Das Team um Thomas Ward vom Departement Chemie und dem SNI nutzt daher künstliche Metallverbindungen als Katalysatoren, die spezifisch an Tumorzellen binden und Prodrugs direkt am Tumor in den Wirkstoff umwandeln. In der Studie stellten die Forschenden die sogenannte Büchner-Ring-Erweiterung vor, mit der ein maskierter Wirkstoff in seine aktive Form überführt wird. Ermöglicht wird dies durch einen spezifischen Iridium-basierten Katalysator, der gezielt an Tumorzellen bindet.
Der Katalysator ist mit einem Inhibitor für das Tumorprotein hCA IX funktionalisiert. Der Inhibitor wirkt als Adressmarkierung und bewirkt, dass der Katalysator selektiv an Tumorzellen bindet, die hCA IX auf ihrer Oberfläche überexprimieren. Sobald der Katalysator an die Tumorzelle gebunden ist und ein Prodrug hinzugefügt wird, setzt eine Reaktionskaskade ein: Ein aromatischer Ring im Prodrug wird erweitert, wodurch der Wirkstoff freigesetzt wird. Die Reaktion ist hochselektiv und funktioniert selbst bei extrem niedrigen Konzentrationen. „Im Rahmen der Studie haben wir die Methode mit dem Wirkstoff Epirubicin, einem häufig verwendeten Chemotherapeutikum, getestet“, sagte Damian Graf, der die Forschung im Rahmen der SNI PhD School durchführte. Durch die Kopplung des Katalysators an einen hCA-IX-Inhibitor habe sich die Freisetzung des Wirkstoffs gezielt auf Krebszellen beschränken lassen.
Die Ergebnisse eröffnen nach Einschätzung der Beteiligten die Tür zu einer neuen Generation von Krebstherapien – präziser, schonender und weniger toxisch. „Langfristig könnte diese Technologie die Krebsbehandlung grundlegend verändern“, sagte Ward. Da der Katalysator mit verschiedenen Wirkstoffen kombiniert werden könne, biete das Verfahren hohe Flexibilität. Es könnte zudem den Weg für weitere Anwendungen in der bioorthogonalen Chemie ebnen – einem wachsenden Forschungsgebiet, das chemische Reaktionen in lebenden Systemen ermöglicht, ohne natürliche Prozesse zu stören. Als nächste Schritte sind zusätzliche Tests an präklinischen Modellen geplant, um die Methode für den klinischen Einsatz vorzubereiten.
