Wechselwirkung von Antitumor-Metallkomplexen mit Proteinen

Trotz des großen therapeutischen Erfolges von Platinkomplexen in der Tumortherapie ist es noch immer unklar auf welchem Weg, in welchem metabolischen Zusand und wie sehr deaktiviert diese in den Tumor aufgenommen werden. Da alle Platinverbindungen, die im Moment in der Klinik verwendet werden, intravenös appliziert werden, spielt die Bindung an Serumproteine - diese sind die ersten Targets in der Blutbahn - sowohl für den Transport also auch für die Aufnahme in die Zelle eine zentrale Rolle. Die Charakterisierung der Wechselwirkung von tumorhemmenden Metallkomplexen mit Serumproteinen in Bezug auf Bindungskonstanten, Stöchiometrie und Natur des Metallkomplexes sowie involvierte Bindungsstellen des Proteins in die Konjugatausbildung, Geschwindigkeitskonstanten, Reaktivität der Addukte in Anwesenheit von extrazellulären Komplexbildnern und Reduktionsmitteln und Reversibilität der Koordination an Proteine (induziert durch intrazelluläre Targets, z.B. DNA) sind die Forschungsziele des vorgeschlagenen Projekts. Die Untersuchungen sollen eine repräsentative Reihe von Platin(II)- und Ruthenium(III)verbindungen, die strukturell ähnlich sind, sich aber im Bezug auf die Ligandensphäre unterscheiden, umfassen und von Proteinseite werden die Studien mit Albumin und Transferrin wie auch mit Serum durchgeführt. Um die gewünschten Informationen im Bezug auf das Bindungsverhalten zu bekommen, werden Kapillarelektrophorese (CE) und Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) wie auch die jeweiligen Kopplungen an Massenspektrometer (MS) in verschiedenen Operationsmodi und auch offline MS eingesetzt. Große Aufmerksamkeit wird auf die Modifikation von bereits etablierten CE und HPLC Methoden für die Bestimmung von Metall-Protein-Bindungsparametern mit besonderer Berücksichtigung der Komplexchemie in Lösung und unter simulierten physiologischen Bedingungen (inkl. Proteinkonzentrationen und bekannte Medikamentkonzentrationen in der Blutbahn) gelegt. Der große Komplex aus Bindungsdaten, unterschiedlichen Proteinen, Koordinationsverbindungen und anderen Biomolekülen wird quantitativ bewertet und bezüglich der wechselseitigen und kompetitiven Affinitäten verglichen. Diese Information würde wichtigen Einblick in die Wirkungsweise der Metallkomplexe und deren zielgerichteten Transport in das Tumorgewebe geben und damit würde ein weiterer Schritt in Richtung frühzeitige und kosteneffiziente Evaluierung von Medikamenten im Entwicklungsstadium gemacht werden. Dabei wird in der Entwicklung von multidimensionalen Trenn- und Detektionssystemen auf die Einsetzbarkeit im Routinebetrieb für die Forscher auf dem Gebiet der tumorhemmenden Medikamente geachtet.

Die Platinkomplexe Cisplatin, Oxaliplatin und Carboplatin werden heute in etwa 50% der Chemotherapien gegen verschiedene Krebsarten eingesetzt. Die größten Nachteile von Platin-basierten Chemotherapeutika (und Chemotherapie im allgemeinen) beinhalten das Auftreten von Resistenzen, Nebenwirkungen und ein begrenztes Spektrum an behandelbaren Tumoren. Im Moment werden einige Platin- und Nichtplatinverbindungen in klinischen Studien als Tumortherapeutika untersucht und viele vielversprechende Ansätze sind in Entwicklung. Eine wichtige Limitierung im Medikamentenentwicklungsprozess ist das Fehlen von Selektionskriterien in einem Frühstadium der Entwicklung. Außerdem ist es von enormem Interesse die Wirkmechanismen zu kennen, um die nächsten Verbindungsklassen besser designen zu können. Das Ziel diese Projektes war es wichtige Information über die ersten biologischen Targets nach intravenöser Verabreichung zu bekommen. Die wichtigsten Forschungsergebnisse aus diesem Projekt beinhalten die Wechselwirkung des Entwicklungskandidaten KP1019 und analoger Verbindungen mit Serumproteinen. Es wurde durch die Verwendung von Trenntechniken gekoppelt zu einem elementspezifischen Massenspektrometer, dass der bevorzugte Bindungspartner von KP1019 im Blut Albumin ist, und nur wenig Ruthenium wurde am Transferrin gefunden. Jedoch zeigt die Abschätzung der Menge der Verbindung am Transferrin, dass die Beladung gerade optimal ist, um eine hohe Aufnahme in die Tumorzelle zu erlangen. Für diese Untersuchungen wurden einige innovative Methoden entwickelt und schlussendlich konnte gezeigt werden, dass diese Methoden auch für Untersuchungen von humanen Serumproben geeignet waren, die von Patienten erhalten wurden, die an einer klinischen Phase I Studie teilgenommen haben. Die Methoden wurden gegeneinander validiert und hohe Korrelation zwischen den Ergebnissen wurde gefunden. Außerdem konnte gezeigt werden, dass das Gegenion der Rutheniumverbindung die Proteinwechselwirkung nicht beeinflußt und daher wurde die Natriumverbindung KP1339 für die weiter klinische Entwicklung ausgewählt (aufgrund besserer Löslichkeit aber ähnlichem chemischen Verhalten). Im Zuge dieses Projekts wurde ein wichtiger Beitrag zum Entwicklungsprozess eines Medikaments gemacht und die entwickelten Methoden werden in Zukunft angewandt werden können, um ähnliche Verbindungen zu untersuchen. In Zukunft wird ein Schwerpunkt der Arbeitsgruppe sich weiterhin mit der Wechselwirkung von Metallkomplexen mit Blutkomponenten beschäftigen und auch die weitere klinische Entwicklung begleiten. Außerdem werden intrazelluläre Zielverbindungen vermehrt untersucht werden.