Endbericht

Projektnummer		Einzelprojekte  P18384
Titel		Festkörper und Flüssig-NMR biomolekularer Metallkomplexe
ProjektleiterIn		SCHOEFBERGER Wolfgang
Bewilligungsdatum		20.06.2005
Universität / Forschungsstätte		Institut für Organische Chemie, Universität Linz
Gebiet(e)
Keywords		Nuclear magnetic resonance spectroscopy, Nucleic acid oligoplexes, Quadrupolar nuclei, Porhyrinoids, Paramagnetic nuclei, Telomers
Homepage		http://www.anorganik.jku.at/home.htm

In Bezug auf ihre funktionellen Eigenschaften lassen sich Porphyrine in zwei Gruppen einteilen. Die erste Gruppe zeichnet sich dadurch aus, dass die Substanzen auf Grund ihres Porphyrin Grundgerüsts bevorzugt in Tumorzellen aufgenommen werden ohne dass eine vorherige Aktivierung des entsprechenden Porphyrins stattfinden muss. Durch die Interaktion mit nukleärer DNA der Tumorzelle wird programmierter Zelltod induziert, was zu einer Inhibierung des Tumorzellwachstums führt. Neben dem apoptotischen Zelltod der mit der Aktivierung von proteolytischen Enzymen, den Caspasen, einhergeht, sind eine Reihe alternativer Formen des caspase-unabhängigen programmierten Zelltods wie Paraptose oder Autophagie bekannt. An der Ausführung des Zelltodprogramms sind verschiedene Organellen, wie z.B. die Mitochondrien, Lysosomen und das Endoplasmatische Reticulum beteiligt. Durch das Einfügen verschiedenartiger meso- Substituenten kann sowohl das Eindringen, als auch die Lokalisation der Porphyrine in den Tumorzellen beeinflusst werden.

Zur zweiten Substanzklasse gehören Photosensibilisatoren, welche in der Photodynamischen Therapie (PDT) eingesetzt werden. In der klinischen Onkologie wird die PDT seit über 25 Jahren eingesetzt. Nach Aktivierung durch Licht passender Wellenlänge setzen diese Photosensibilisatoren reaktive Sauerstoffspezies frei die in der Folge Tumorgewebe zerstören. Die Applikation des Photosensibilisators ist üblicherweise systemisch, durch die präzise Aktivierung mittels Bestrahlung kann man allerdings eher von einer lokalen Anwendung sprechen. Obwohl sich einige Substanzen in der klinischen Praxis im Einsatz befinden, gibt es nur wenige Porphyrine, die vollständig wasserlöslich sind und eine Anregungswellenlänge nahe dem infraroten Wellenlängenbereich besitzen. Hauptziel des vorliegenden Projekts ist die Weiterentwicklung und Charakterisierung neuartiger wasserlöslicher Porphyrin- und Corrol- Komplexe und die detaillierte Untersuchung der Wirkungsweise auf neuroendokrine Tumore und Melanome.

Im Projekt (FWF-P18384; "Festkörper und Flüssig- NMR biomolekularer Metallkomplexe) wurden Porphyrinderivate synthetisiert, charakterisiert und deren Interaktionen mit DNA mittels Kernresonanzspektroskopie (NMR) und Circulardichroismus Spektroskopie (CD) bestimmt.

Die wachstumshemmende Wirkung auf Dünndarmkarzinom Zelllinien (neuroendokrine SI-NET) und Schilddrüsenkarzinom Zelllinien (MTC-SK) wurde untersucht und in ersten Versuchen konnten selektive antiproliferative Effekte an den entsprechenden Zelllinien nachgewiesen werden. Jedoch ist noch wenig darüber bekannt, welche Porphyrin induzierten Mechanismen zu einer Aktivierung eines spezifischen Zelltodprogramms führen. Die Wirkmechanismen der verschiedenen Porphyrine auf SI-NET- und MTC-Zelllinien bzw. maligne Tumore müssen deshalb noch näher untersucht werden.

Die Ergebnisse wurden zuerst in einem Patent zusammengefasst und als Europäisches Patent angemeldet (EP-09003727-6-2117): Erfinder: Martin Haeubl, Bernhard Svejda, Roswitha Pfragner, Norbert Mueller, Wolfgang Schoefberger).

Danach wurde die Arbeit mit dem Titel "Asymmetrically substituted cationic indole- and fluorene porphyrins inhibit tumor proliferation in small intestinal neuroendocrine tumors and medullary thyroid carcinomas" erfolgreich im European Journal of Medicinal Chemistry publiziert. Weiters wurde die Arbeit mit dem Titel "DNA-Interactions and Photocatalytic Strand Cleavage by Artificial Nucleases based on Water-Soluble Gold(III) Porphyrins" in der Fachzeitschrift Journal of Biological Inorganic Chemistry publiziert.

Resultierend aus der sehr erfolgreichen Zusammenarbeit mit Frau Prof. Dr. Roswitha Pfragner (MedUni Graz) wurde ein FWF- Folgeprojektantrag verfasst und wird im April 2011 neu eingereicht.

In Kooperation mit Dr. Stefan Müllegger vom Institut der Festkörperphysik an der JKU-Linz wurden "Scanning Tunneling Microscopy" (STM) Untersuchungen und quantenmechanische Rechnungen durchgeführt um mechanistische Details der Reaktivität der Goldporphyrine zu klären. Aus dieser Arbeit entstanden Publikationen mit dem Titel "Spectroscopic STM Studies of Single Gold(III) Porphyrin Molecules" und "Asymmetric saddling of single porphyrin molecules on Au(111)" und wurden in der Fachzeitschrift Journal of the American Chemical Society und Physical Review B veröffentlicht.