Neue Antikrebswirkstoffe aus chinesischen Pflanzenextrakten

Krebs liegt mit einem Prozentsatz von 12% in Österreich und Deutschland an zweiter Stelle aller Todesursachen. Naturstoffe haben sich als wichtige Quelle für die Entwicklung neuer Wirkstoffe mit Antikrebseigenschaften erwiesen. In einem Pilotprojekt des Antragstellers in Kooperation mit Joanneum Research Graz, dem Institut für Toxikologie der Universität Mainz und dem Institut für Botanik in Kunming (Chinesische Akademie der Wissenschaften) wurden 23 aktive Extrakte aus einer Gesamtanzahl von 256 getesteten Extrakten identifiziert, die eine starke Hemmwirkung gegen die menschliche Leukämiezelllinie CCRF-CEM besaßen. Aus diesen wurden 8 Extrakte von 5 verschiedenen Pflanzen aufgrund ihrer außerordentlichen Aktivität gegen Leukämiezellen (mehr als 90 % Hemmung des Zellwachstums) und der Tatsache, dass die Wirkstoffe noch unbekannt sind, ausgewählt. Diese aktiven Extrakte wurden durch chromatographische Methoden fraktioniert und erneut getestet. Dabei wurden 42 höchst aktive Fraktionen identifiziert. Hauptziel des Projektes ist die Isolierung der Wirkstoffe aus diesen Fraktionen. Sie soll mit einer Strategie erfolgen, die als "activity guided isolation" bezeichnet wird. Damit wurden z.B. auch die Krebsmedikamente Paclitaxel oder Camptothecin gefunden. Dies bedeutet, dass jeder aktive Extrakt in Fraktionen aufgetrennt wird, die anschließend wieder in Cytotoxizitäts-Tests untersucht werden. Aktive Fraktionen werden wieder in weitere Fraktionen aufgetrennt, die wieder getestet werden usw. bis am Ende die Reinstoffe erhalten werden. Die für die Testungen erforderlichen Zelllinien sind am Institut für Pharmazeutische Wissenschaften (CCRF-CEM leukaemia cells, MDA-MB-231 breast cancer cells, HCT116 colon cancer cells, and U251 CNS cancer cells) bzw. am Deutschen Krebsforschungsinstitut (MCF-7, MX-1, und MDA-MB-231 Brustkrebszellen, SK-OV-3 Ovarialkarzinomzellen, AN2CA Endometriumkarzinomzellen, HeLa Zervixkarzinomzellen, A549, LX1, und LXF289 Bronchialkarzinomzellen, PC-3, DU-145, and DAN-G Prostatakrebszellen, DLD1, HCT 116, und CX1 Darmkrebszellen, U87-MG, U937, und U251 Gehirntumorzellen, MeWo, MEL 154, und SK-MEL28 Melanomzellen sowie ACHN, MRI-H-121 und 769 Nierenkrebszellen) vorhanden und werden dort getestet. Die aktiven Reinstoffe sollen im Anschluss in weiteren mechanistischen Assays untersucht werden. Normalerweise führt das Verfahren der "activity guided isolation" zielgerichtet zu den aktiven Inhaltsstoffen und es sind keine alternativen Strategien nötig. Trotzdem kann in seltenen Fällen während des Isolationsprozesses die Aktivität verloren gehen. Das bedeutet meist, dass die aktiven Stoffe instabil sind. Diese Tatsache kann durch eine umfassende Analyse des Extraktes vor und nach der Fraktionierung aufgeklärt werden, wobei die Unterschiede dann direkt auf die instabilen und damit vermutlich für die verloren gegangene Wirkung verantwortlichen Stoffe hindeuten. Wenn Instabilität der Inhaltsstoffe auftritt, sollen sanftere Isolierungstechniken angewandt werden. Eine zweite Erklärung für den Verlust der Aktivität könnte sein, dass synergistische Effekte für die Aktivität verantwortlich sind. Diese Tatsache kann durch nachträgliche Kombinierung inaktiver Fraktionen bzw. Substanzen, die aus einem aktiven Extrakt hervorgegangen sind, aufgeklärt werden. Die aktiven Fraktionen, die getestet werden sollen, stammen von folgenden Pflanzen: Hydnocarpus anthelmintica (Flacourtiaceae, extract HA-E1), Eleutherococcus senticosus (Araliaceae, extract ES-E1), Lonicera japonica extract (Caprifoliaceae, extract LJ-E1), Caesalpinia sappan (Caesalpiniacea, extracts CS-E1 and CS-E2), Confidential plant (Euphorbiaceae, extracts BJ- E1, BJ-E2 and BJ-E3). Anschließend werden in einem nachfolgenden Projekt die wirksamen Inhaltsstoffe mit wachstumshemmenden Eigenschaften an soliden Tumorzelllinien validiert (MCF-7, SK-OV-3, A549, PC-3, DLD1, U87, MeWo). Die sensitivsten Zelllinien sollen als Xenograft-Tumore auf Nacktmäuse transplantiert werden um die Wirkung der aktiven Verbindungen auch in vivo zu testen. Zusätzlich soll die Toxizität auch an gesunden Geweben getestet werden. Substanzen, die in vitro und in vivo Wirkung zeigen, sollen in low und high density Microarrays mit krebsrelevanten Genen hinsichtlich ihres Wirkmechanismus untersucht werden.

Schätzungsweise werden 700 bis 800 Pflanzen in der traditionellen Chinesichen Medizin (TCM) verwendet, um Krebs oder verwandte Symptome zu behandeln. Mehrere etablierte Zytostatika wie Placlitaxel und Camptothecin wurden bereits aus (TCM) Pflanzen isoliert oder haben eine direkte Beziehung dazu. In vorausgehenden Untersuchungen wurde von unserer Gruppe eine Datenbank mit über 560 Arten, mit denen Krebs oder Geschwüre behandelt werden, erstellt. Im aktuellen Projekt wurden sieben dieser Pflanzen, die auf der Grundlage eines ersten Screenings ausgewählt wurden, bezüglich ihrer Anti-Krebs Wirkung untersucht. Diese Pflanzen waren Bischofia javanica Blume, Caesalpinia sappan L., Eleutherococcus senticosus (Rupr. & Maxim.) Harms., Hydnocarpus anthelminthica Pierre ex Laness., Onosma paniculata Burr. & Franch., Periploca sepium Bunge, und Saussurea lappa Clarke. Ziel war die Isolierung und Identifizierung von Verbindungen, die für die zytotoxische Wirkung verantwortlich sind. Von jeder Pflanze wurden Extrakte unterschiedlicher Polaritäten hergestellt und getestet, ob sie das Wachstum von verschiedenen Krebszelllinien in vitro hemmten. Die aktiven Extrakte wurden dann einer aktivitätsgerichteten Fraktionierung unterzogen. Mittels chromatographischer Techniken wurden sie weiter aufgetrennt und so erhaltene Fraktionen weiter analysiert und verarbeitet. Die erhaltenen Reinstoffe wurden schließlich mit Hilfe verschiedener spektroskopischer Techniken, wie NMR, MS und CD, identifiziert. Der vielversprechendste Kandidat war Onosma paniculata, eine Pflanze, deren Wurzeln traditionell genutzt werden, um insbesondere Tumore, Schnitte, Dermatitis und Verbrennungen zu behandeln. Fünf aktive Verbindungen, alles Shikoninverbindungen, konnten isoliert und identifiziert werden. Der aktivste und Hauptwirkstoff, Dimethylacrylshikonin, wurde bezüglich seines Wirkungsmechanismus in Krebs-, insbesondere in Melanom-Zelllinien weiter untersucht. Bisher durchgeführte Experimente deuten darauf hin, dass es einen programmierten Zelltod induziert und Proteine beeinflusst, die beim Zelltod, dem Zellüberleben und Arzneimittel-Resistenzen beteiligt sind. Diese Verbindung und ihre Wirkungsweise werden Forschungsinhalt in einem Folgeprojekt sein. Aus Caesalpinia sappen (Brazilin, Sappanchalcone und Sappanol), Periploca sepium (Periplocin, Glucosyl-Divostrosid, Periplocymarin, Periplogenin, Periplocoside M und einige weitere), und Saussurea lappa (Costunolid und Dehydrocostus Lactone) wurden ebenfalls aktive Verbindungen isoliert.