Humane Peptidderivate als neue Wirkstoffe gegen Krebs

Jedes Jahr sehen sich weltweit 10.9 Millionen Menschen mit der Diagnose Krebs konfrontiert und 6.7 Millionen sterben an dieser Krankheit. Schätzungen zufolge gibt es 24.6 Millionen Überlebende, die in den letzten 5 Jahren diese Diagnose erhalten haben. Insofern ist der Fortschritt im Bereich der Krebstherapie innerhalb der letzten Jahrzehnte, was Heilung bzw. Lebensverlängerung betrifft, sehr groß, jedoch Chirurgie, Chemotherapie und Bestrahlung sind leider noch immer bei mehr als 50 % der Krebspatienten nicht erfolgreich. Außerdem müssen die Überlebenden schwere Nebenwirkungen der Therapie ertragen und auch Wiedererkrankung nach einigen Jahren ist ein großes Problem. Im Rahmen dieses Projekts kopieren und verstärken wir eine Waffe des körpereigenen Immunsystems gegen fremde oder entartete Zellen in der Form von kleinen positiv geladenen Peptiden, die wichtiger Bestandteil des Immunsystems aller Spezies sind. Manche dieser amphipatischen Peptide weisen neben ihrer antibiotischen, fungiziden und antiviralen auch eine Wirkung gegen Krebs auf. Um diese natürliche Anti-Tumor Wirkung zu verstärken, soll der membranaktive Teil des menschlichen Abwehrpeptides Lactoferrin als Ausgangspunkt genommen und in seiner Wirkung und Selektivität gegenüber Krebszellen verstärkt werden. Obwohl der molekulare und selektive Wirkungsmechanismus auf Krebszellen noch nicht geklärt ist, vermutet man stark, dass Peptid-Lipid Wechselwirkungen zur Membranolyse und somit zur schnellen Zerstörung der Krebszellen durch die Peptide führen. Dieser Wirkmechanismus verhindert eine Resistenzbildung, wie sie bei herkömmlichen Antikrebstherapien wie Chemotherapien auftreten kann. Ein weiterer großer Vorteil ist die starke Selektivität gegenüber Krebszellen (gesunde Zellen bleiben unbeeinträchtigt), der sich aus der Tatsache ergibt, dass positiv geladene Peptide nur mit Krebszellen interagieren, die an der Außenseite ihrer Plasmamembran das negativ geladene Phospholipid Phosphatidylserin (PS) exponieren, während gesunde Zellen mit ihren nach außen gerichteten zwitterionischen Lipiden mit einer Nettoladung von Null keinen Angriffspunkt für diese Peptide bilden. Nach gezielter Optimierung der Peptide bezüglich ihrer Ladungsverteilung, Hydrophobizität und Struktur durch biophysikalische Aktivitätsstudien an Modellmembranen folgen Studien an Zellkulturen von verschiedenen Krebsarten, die diesen PS Marker an der Außenseite ihrer Zellmembran tragen. Ziel ist es, hochwirksame neue Wirkstoffe gegen Krebszellen und wenn möglich deren Metastasen zu erhalten, die sich durch schnelle Lyse der Membran ohne jegliche Nebenwirkung oder Resistenzbildung auszeichnen.

Auch im 21. Jahrhundert ist Krebs noch immer ein großes Problem und für 13% aller Todesfälle weltweit verantwortlich. Therapien wurden zwar erfolgreich weiterentwickelt und verbessert, aber in mehr als 50% der Fälle ist Krebs noch immer nicht heilbar. Die größten Probleme dabei sind Wiederauftreten von Rezidiven, Resistenzen, Metastasierung und schwere Nebenwirkungen durch herkömmliche Therapien aufgrund fehlender Spezifität. Eine neue Strategie, die in diesem FWF-Projekt angewandt wurde, verwendet Immunabwehrpeptide wie z.B. menschliches Lactoferricin (hLFcin) und deren Derivate im Kampf gegen Krebs, indem sie spezifisch die Krebszellmembran angreifen. Diese Immunabwehrpeptide sind Teil des angeborenen Immunsystems vieler verschiedener Spezies und weisen einige gemeinsame Charakteristika auf, sie besitzen eine kurze Aminosäuresequenz, sind kationisch und amphipathisch. Aufgrund ihrer positiven Ladung können sie mit dem negativ geladenen Phospholipid Phosphatidylserin (PS) interagieren, das im Zuge der malignen Umwandlung an der Oberfläche der Krebszelle exponiert wird. Gesunde Zellen weisen hingegen die neutralen Phospholipide Phosphatidylcholin (PC) und Sphingomyelin (SM) in der äußeren Schicht der Zellmembran auf. In der beschriebenen Studie konnten wir beweisen, dass PS signifikant an der Oberfläche von verschiedenen adhärenten Krebszelltypen exponiert wird. Des Weiteren zeigte sich, dass nicht nur Krebszellen von Primärtumoren sondern auch von Metastasen und Krebszellen von Zelllinien als auch primäre Krebszellen aus frischem Tumorgewebe PS in der äußeren Zellmembran aufweisen. Darüber hinaus deutet die Studie an unterschiedlich malignen Hauttumoren darauf hin, dass der exponierte PS-Gehalt mit der Bösartigkeit des Gewebes zunimmt. Die Ergebnisse dieses ersten Teils der Studie beweisen, dass PS als universeller Marker für Krebs und als Angriffspunkt für Immunabwehrpeptide dienen kann. Im weiteren Verlauf des Projekts wurden etliche hLFcin Derivate auf ihre Wirkung gegen Krebszellen und das von ihnen exponierte PS untersucht. Diese Peptide unterschieden sich hauptsächlich in Art und Länge ihrer Aminosäurezusammensetzung, Anzahl an positiven Ladungen, Hydrophobizität und daraus resultierend unter anderem in ihrer Sekundärstruktur und Wirkungsweise. In vitro Daten korrelierten sehr gut mit durchgeführten Modelstudien, in denen Krebszellen mittels PS-Liposomen und gesunde Zellen mittels PC-Liposomen imitiert wurden. Biophysikalische Untersuchungen dienten zum Beweis, dass die wirksamen und für Krebszellen selektiven Peptide tatsächlich PS als Angriffspunkt nutzen. Die durchgeführten in vitro Studien ließen erkennen, dass die Peptide unterschiedliche Mechanismen anwenden, um Krebszellen zu zerstören. Einige Peptide erreichten bereits nach wenigen Minuten ihre höchste Aktivität, was auf einen Zelltod durch Membranolyse schließen lässt. Andere untersuchte Peptide hingegen benötigten eine längere Inkubationszeit von bis zu einigen Stunden. Dies deutet auf einen Zelltod durch Apoptose hin. Interessanterweise scheinen Peptide mit einer langsameren Wirkungsweise spezifischer zu sein als jene, die nur durch Membranolyse wirken. Zusätzlich ist die Einnahme einer bestimmten Sekundärstruktur in Gegenwart der Zielmembran von offenbar großer Bedeutung.