Neue Thiosemikarbazon-Derivate als Krebstherapeutika

Chemotherapie stellt in all ihren unterschiedlichen Varianten immer noch die wichtigste Behandlungsoption für Patienten mit metastasierender Krebserkrankung dar. Da proliferierende Tumorzellen einen hohen Bedarf an Eisen haben, reagieren sie besonders empfindlich auf Eisenentzug. Um diese Abhängigkeit auszunutzen, wurden verschiedenste eisenbindende Substanzen, sogenannte Eisenchelatoren, als Krebstherapeutika entwickelt. Eine der wichtigsten Gruppen stellen dahingehend Thiosemikarbazone (TSC) dar. Ein Hauptangriffspunkt der Eisenchelatierung ist die Ribonukleotid-Reduktase, ein eisenhältiges Enzym, das essentiell an der DNA-Synthese beteiligt ist. Zusätzlich vermutet man, dass auch andere Mechanismen, wie zum Beispiel Hemmung der Topoisomerase II, zur zytotoxischen Wirkung von TSC beitragen. Das erfolgversprechendste TSC, 3- Aminopyridin-2-Carboxaldehyd-Thiosemikarbazon (Triapine), wird inzwischen in mehreren klinischen Studien getestet. Trotz erster vielversprechender Ergebnisse an fortgeschrittenen Leukämieerkrankungen, zeigte sich jedoch, dass Triapine gegen solide Tumore nur bedingt wirksam ist. Schon seit mehreren Jahren besteht eine dynamische, dankenswerterweise auch vom FWF geförderte Zusammenarbeit (z.B. L12, L568, P18123, P20897, P20683) zwischen dem Institut für Krebsforschung/Klinik für innere Medizin I (Medizinische Universität Wien) und dem Institut für Anorganische Chemie (Universität Wien) mit dem Ziel, neue (metallhältige) Zytostatika zu entwickeln. Der Erfolg dieser Kooperation führte kürzlich zur Bildung einer interuniversitären Plattform zum Thema "Translational Cancer Therapy Research". Ziel des hier eingereichten Projekts ist es, die Aufnahme und Wirksamkeit von Triapine in soliden Tumoren durch gezielte strukturelle Veränderungen im Molekül zu verbessern. Dazu werden mehrere Strategien verfolgt: 1) Es wird versucht durch Einfügen von diversen Methylgruppen die Zytotoxizität der TSC zu erhöhen. 2) Es soll durch Bindung der TSC an Kupfer die Wirksamkeit in sauerstoffarmem Tumorgewebe verstärkt. 3) Es soll durch das Einfügen von speziellen funktionellen Gruppen (Folsäure, Bisphosphonate, Ethacryn-Säure, Phenoxazine) in das TSC Molekül, die Spezifität, Akkumulation und Aktivität speziell gegen schwer therapierbare, chemoresistente Tumorentitäten gesteigert werden. Diese Ansätze werden eine Reihe von neuen TSC liefern. Aus der Palette der so gewonnenen TSC werden dann die vielversprechendsten Kandidaten hinsichtlich der ihrer krebshemmenden Wirkung zugrundeliegenden molekularen und zellbiologischen Mechanismen untersucht und charakterisiert. Ein Schwerpunkt wird hierbei auf dem Einfluss klinisch relevanter Resistenzfaktoren auf die TSC Wirksamkeit liegen. Schließlich werden die besten Verbindungen in SCID-Maus Xenograft-Modellen auf ihre in vivo Wirksamkeit gegen eine Auswahl humaner solider Tumoren untersucht. Zusammenfassend werden im Rahmen dieses Projekts eine Reihe von neuen, verbesserten TSC entwickelt, die helfen sollten, die Wirk- und Resistenzmechanismen von TSC besser zu verstehen, und auf dieser Basis die Aktivität von Triapine gegen schwer therapierbare, solide Tumore zu erhöhen.

Aufgrund ihres erhöhten Wachstums sind Krebszellen gegen DNA-Synthese schädigende Substanzen besonders sensitiv. Auf der Basis ihrer antimetabolischen Wirkung, stellen Thiosemicarbazone eine Klasse vielversprechenden Krebstherapeutika dar. Das am besten untersuchte Thiosemicarbazon Triapin hat eine besonders starke Hemmwirkung gegen das Enzym Ribonukleotid-Reduktase, das essentiell an der DNA Synthese beteiligt ist. Trotz einer guten Wirksamkeit gegen Leukämie, waren die klinischen Studien mit Triapin in soliden Tumoren durchwegs enttäuschen. Dieses Projekt hatte daher zum Ziel, Ursachen für diese Triapin-Unwirksamkeit zu erforschen und neue Strategien zu einer verbesserten Nutzbarkeit von Thiosemicarbazonen in der Krebstherapie zu entwickeln. Schwerpunkte bildeten 1) ein besseres Verständnis der Wirkmechanismen; 2) die Synthese neuer Derivative mit erhöhter Aktivität und gezielter Anreicherung im Tumorgewebe; 3) die Aufklärung der beteiligten Resistenzmechanismen in soliden Tumoren und - basierend auf dem gewonnenen Wissen die Entwicklung von Umgehungsstrategien. Im Verlauf des Projekts konnten alle diese Forschungsziele bearbeitet und interessante neue Einsichten in die Wirkungsweise von Thiosemicarbazonen gewonnen werden. So konnten wir zwei Hauptgründe für das Therapieversagen mit Triapine entschlüsseln: 1) eine extrem schnelle Metabolisierung im Organismus und 2) der Induktion einer breiten Therapieresistenz auf Basis der massiven Aktivierung von Efflux-Pumpen und von zellulären Überlebenssignalwegen. Diese Erkenntnisse dienen derzeit als Grundlage zur Entwicklung neuer Behandlungsstrategien mit innovativen Substanzkombinationen. Weiters wurden im Projekt eine Vielzahl neuer Thiosemicarbazon-Derivative synthetisiert und umfassend charakterisiert. Dazu zählen Metallkomplexe und Verbindungen mit gezielter Krebsanreicherung über funktionelle Gruppen. Während sich einige Strategien als nicht zielführend entpuppten (Biotin-Derivative, Komplexe mit resistenz-revertierenden Gruppen) zeigten andere hohes Potential. So führten verschiedene Methylierungen des Thisemocarbazonkerns zur deutlich höheren Wirksamkeit und veränderten Resistenzprofilen. Kupfer- und Eisenkomplexe sowie knochenaffine Derivative zeigten interessante krebshemmende Wirkungen und werden derzeit weiter untersucht. Das Projekt führte somit erfolgreich zu neuen Ansätzen in der Verwendung von Thiosemicarbazonen in der Krebstherapie. Ein PhD Student und eine Diplomstudentin habe erfolgreich ihre Thesen im Projekt durchgeführt, während die beiden beteiligten Post Docs ihre Karrieren vorantrieben (eine fixe Stelle, eine Habilitation). Der Projektleiter wurde auf einen Lehrstuhl an der Medizinischen Universität Wien berufen. Weiters hat das Projekt entscheiden die permanente Einrichtung einer interdisziplinären Forschungsplattform für Experimentelle Krebstherapie zwischen der Medizinischen Universität und der Universität Wien gefördert.