Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben eine in der Natur nicht vorkommende chemische Reaktion angewendet, um Wirkstoffe direkt am Tumor zu aktivieren. Damit könnte eine Behandlung von Tumorerkrankungen schonender und effektiver werden. Die Technologie basiert auf der sogenannten bioorthogonalen Katalyse. Sie nutzt künstliche Metallverbindungen, um harmlose Vorstufen von Medikamenten (sogenannte Prodrugs) erst an der gewünschten Stelle im Körper in ihre wirksame Form umzuwandeln.

Bisherige Chemotherapien greifen oft nicht nur Krebszellen, sondern auch gesundes Gewebe an, was zu starken Nebenwirkungen wie Haarausfall oder Übelkeit führt. Das Team um Prof. Dr. Thomas Ward vom Departement Chemie und Swiss Nanoscience Institute (SNI) der Universität Basel verfolgt daher den Ansatz, künstliche Metallverbindungen als Katalysatoren einzusetzen, die sich gezielt an Tumorzellen anlagern und anschliessend sogenannte Prodrugs am Tumor in den aktiven Wirkstoff umwandeln.

Künstliche chemische Reaktion
In einer kürzlich im «Journal of the American Chemical Society» veröffentlichten Studie stellten die Forschenden die sogenannte Buchner-Ring-Expansion vor, mit der ein eingeschlossener Wirkstoff in den aktiven Wirkstoff umgewandelt wird. Möglich wird diese durch den Einsatz eines spezifischen Katalysators auf Iridiumbasis, der so konzipiert ist, dass er gezielt an Tumorzellen bindet.

Der Iridium-Katalysator wird dazu mit einem Hemmstoff für ein Tumorprotein (hCA IX) funktionalisiert. Der Hemmstoff fungiert praktisch wie ein Adressetikett und bewirkt die Anlagerung des Katalysators selektiv an Tumorzellen, die hCA IX auf ihrer Oberfläche überexprimieren. Wenn der Katalysator an die Tumorzelle gebunden ist und ein Prodrug zugegeben wird, kommt es zu einer Reaktionskaskade: Ein aromatischer Ring im Prodrug wird erweitert und damit der Wirkstoff freigesetzt. Diese Reaktion ist hochselektiv und funktioniert bereits in extrem niedrigen Konzentrationen.

«Im Rahmen der Studie haben wir die Methode mit dem Wirkstoff Epirubicin getestet, einem gängigen Chemotherapeutikum», erklärt Dr. Damian Graf, der diese Untersuchungen im Rahmen der SNI -Doktorandenschule durchgeführt hat. «Durch die Kopplung des Katalysators an einen Hemmstoff des Tumorproteins hCA IX konnten wir die Freisetzung des Wirkstoffs gezielt auf Krebszellen beschränken.»

Potenzial für die Zukunft
Die Ergebnisse öffnen die Tür für eine neue Generation von Krebstherapien, die präziser, schonender wirken und weniger toxisch sind. „Diese Technologie könnte langfristig die Art und Weise, wie wir Krebs behandeln, grundlegend verändern“, erläutert Thomas Ward, der mit seinem Team an metallorganischen Verbindungen forscht. «Da der Katalysator mit verschiedenen Wirkstoffen kombinierbar ist, bietet die Methode ein hohes Mass an Flexibilität. Zudem könnte sie den Weg für weitere Anwendungen in der sogenannten bioorthogonalen Chemie ebnen – einem wachsenden Feld, das chemische Reaktionen in lebenden Systemen ermöglicht, ohne natürliche Prozesse zu stören.»

Die nächsten Schritte für die Weiterentwicklung umfassen weitere Tests in präklinischen Modellen, um die Methode für den klinischen Einsatz vorzubereiten.