Metallbasierende Therapeutika gegen problematische Tumore

DieEntwicklung erfolgreicher Behandlungsmethoden und die frühzeitige Diagnose von Krebserkrankungen haben signifikant zur Steigerung der Überlebensrate von Krebspatienten in den letzten Jahrzehnten beigetragen. Metall-basierte Zytostatika (Platin(II) Komplexe) werden in mehr als 50% der Krebstherapien eingesetzt, davon in 12 Neoplasmen als First Line Chemotherapie. Dennoch unterscheidet sich ihr klinischer Erfolg bei verschiedenen Tumoren. Lungenkrebs, Pankreaskarzinom, Magenkrebs und Gehirntumor sprechen nur in geringem Ausmaß auf die Chemotherapie an und weisen generell eine niedrige Überlebensprognose mit 5-Jahren relativer Überlebensrate unter 15% auf. Im Rahmen dieses Projektes ist es das Ziel, neuartige multifunktionelle metallhaltige Krebstherapeutika zur Behandlung der oben erwähnten problematischen Tumoren, auf rationale Art und Weise, zu entwickeln. Zu diesem Zweck sollen geeignete bioaktive Moleküle an die axialen Liganden der entsprechenden Platin(IV) Komplexe gekoppelt werden. Dadurch sollen Prodrugs erhalten werden, die es ermöglichen sollten, die Resistenz von Tumoren mit geringer Prognose zu umgehen. Die Prestwick Chemical Library wird als Pool für die Auswahl der organischen Medikamente, die an das Platin-Zentrum gekoppelt werden können, verwendet. Für diesen Zweck wird die sogenannte SOSA-Methode (selective opimization of side activities), gemeinsam mit HTS (high throughput screening), eingesetzt. Die Bibliothek wird sowohl alleine, als auch in Kombination mit klinisch angewandten Platin(II) Komplexen hinsichtlich der Zytotoxizität in einer Reihe relevanter Krebszelllinien gescreent. Wenn synergistische Effekte zwischen dem Platinkomplex und dem organischen Pharmazeutikum beobachtet werden, wird ein Hit identifiziert und für die weitere Entwicklung von neuartigen multifunktionellen Krebstherapeutika verwendet (nach Evaluierung durch erneutes Testen). Der organische Wirkstoff wird anschließend an ein geeignetes Platin(IV)- Grundgerüst gekoppelt. Letzteres richtet sich nach der Inertheit im Blut und kann durch die Wahl geeigneter Liganden angepasst werden. Eine schnelle Reduktion der multifunktionellen Prodrug im Blut würde zu einer unerwünschten Abspaltung des bioaktiven Moleküls vor Erreichen der Tumorzelle führen. Eine weitere Verbesserung der Leitstrukturen wird dadurch erreicht, dass durch Verwendung von Glucose das Therapeutikum im Tumor vermehrt angereichert wird. Alle neuartigen Komplexe werden mit Hilfe von 1D und 2D multinuklearer NMR-Spektroskopie, MS, FTIR, Elementanalyse, HPLC, Röntgenstrukturanalyse und DFT-Berechnungen eingehend charakterisiert. Ihrpharmakologisches Verhalten wird in vitro mit verschiedenen biologischen, biochemischen und bioanalytischen Methoden untersucht. Vorläufige in vivo Untersuchungen der Antitumor-Aktivität der vielversprechendsten Komplexe werden, unter Verwendung des CAM- Modells (chicken embryo chorioallantoic membrane), durchgeführt. Basierend auf den Resultaten, werden die Toxizität und Aktivität gegen Krebs ausgewählter Komplexe in Tierexperimenten evaluiert.

Die Entwicklung neuer Strategien zur Verbesserung der Chemotherapie schwer zu behandelnder Krebserkrankungen, wie z.B. Pankreas- und Lungenkarzinomen, stellt den Schwerpunkt des vorliegenden Projektes dar. Derzeit gibt es bei diesen Erkrankungen, trotz einer steigenden Zahl neuer antineoplastischer Verbindungen, keine adäquate Behandlung, sodass die 5-Jahres-Überlebensrate bei unter 10% liegt.Zunächst wurde ein Screening, bei dem potentielle Chemotherapeutika zur Behandlung von Lungen- und Pankreaskarzinomen identifiziert werden sollten, entwickelt und validiert. Der angewendete Assay beruht dabei auf der Verwendung bereits zugelassener Verbindungen, die bei anderen Erkrankungen eingesetzt werden. Hierbei wurde eine Bibliothek von 1280 chemisch und pharmakologisch unterschiedlichen Verbindungen (Wirkstoffe oder wirkstoffähnliche Verbindungen) bezüglich ihrer Zytotoxizität in Lungen- und Pankreaskarzinom-Zelllinien untersucht. Es konnten 100 Verbindungen, die im Falle schwer zu behandelnder Krebserkrankungen aktiv sein könnten, identifiziert und daraus einige vielversprechende Kandidaten nach den entsprechenden Validationsschritten erhalten werden. Zu diesen zählen, neben tumorhemmenden Verbindungen, die bei Lungen- und Pankreaskarzinomen derzeit nicht eingesetzt werden, Wirkstoffe zur Behandlung von Parasitenbefall sowie herzaktive Glycoside.Anschließend wurde das Screening ausgeweitet. Es war hierbei das Ziel, wirkstoffähnliche Moleküle, die synergistisch die Aktivität schon zugelassener Platinverbindungen (Platinverbindungen werden weltweit sehr erfolgreich als Chemotherapeutika eingesetzt) gegen Lungenkrebs und Pankreastumoren potenzieren, zu identifizieren. Einige vielversprechende Kombinationen wurden während des Screenings gefunden und in weiterführenden Studien untersucht. Unter den Verbindungen, die die Aktivität von Platinverbindungen verstärken oder mit diesen synergistisch wirken, sind Hycanthon (wirksam gegen Parasiten), Spironolacton (Diuretikum), Deferoxamin (Eisenchelator) und Vorinostat und Topotecan (beide wirksam gegen Krebs). Diese Ergebnisse könnten eine rationale Basis zur Selektion neuer Wirkstoffkombinationen zur Behandlung von Lungen- und Pankreaskrebs darstellen. Des Weiteren könnte unsere Untersuchungsmethodik auch bei der Optimierung neuer Wirkstoffkandidaten im Rahmen einer Kombinationstherapie in klinischen Studien angewendet werden.Eine der Wirkstoffkombinationen mit synergistischem Potential wurde schlussendlich als Basis zur Entwicklung einer neuen Verbindungsklasse identifiziert. Hierbei wird das Prodrug-Konzept zur Freisetzung von Carboplatin in Verbindung mit dem Eisenchelator Deferoxamin genutzt. Diese Art von Verbindungen, die auf zwei Wirkprinzipien beruhen, könnte in einigen bösartigen Erkrankungen die Resistenz überwinden; aktuell laufen Studien in unterschiedlichen Krebsmodellen.