Mit Licht Krebs bekämpfen und ein Medikament, das sich selbst zu Nanopartikeln zusammensetzt

Eine Chemotherapie, die dem Körper nicht schadet, aber Krebszellen wirksam bekämpft: Das ist das Ziel des Chemikers Sylvestre Bonnet und seines Teams. Während seines Ph.D. Forschung brachte der Chemiker Xuequan Zhou diesem Ziel ein Stück näher. Er entwickelte Moleküle, die sich bei Injektion in den Blutkreislauf selbst zu Nanopartikeln zusammenfügen, die sich im Tumor ansammeln. Durch gezielte Bestrahlung mit sichtbarem Licht wird dann der Tumor angegriffen. Die Forschung wurde jetzt in veröffentlicht Naturchemie.

„Herkömmliche Krebsmedikamente unterscheiden oft nicht ausreichend zwischen guten und schlechten Zellen“, erklärt Bonnet. „Sie töten sie beide.“ Für dieses Problem haben die Forscher eine Lösung gefunden: Nanopartikel, die gezielt auf den Tumor wirken und erst unter dem Einfluss von sichtbarem Licht aktiv werden. „Diese krebsbekämpfende Phototherapie ermöglicht es Ärzten, einen bestimmten Teil des Körpers zu behandeln, ohne den Rest zu schädigen. Sie wird bereits in mehreren Krankenhäusern eingesetzt.“

Moleküle, die selbst Nanopartikel bilden

Bisher mussten Chemotherapeuten die Chemotherapeutika zunächst im Labor an Nanopartikel anbringen. Die Ärzte verabreichten sie dann durch Injektion in den Blutkreislauf des Patienten. Die Konjugation mit den Nanopartikeln half der Chemotherapie, den Tumor zu finden. Zhous Medikament wirkt etwas anders. „Die Laborarbeit ist nicht mehr nötig“, sagt er. „Man kann die Moleküle direkt verabreichen. Im Blut angekommen bilden sich die Nanopartikel dann ganz von selbst.“

Und das hat mehrere Vorteile, sagt Zhou. „Erstens spart es viel Arbeit und Vorbereitungszeit. Darüber hinaus ist es aber auch sicherer und effektiver.“ Die Herstellung von Nanopartikeln im Labor ist kompliziert: Es entsteht immer eine Mischung aus Partikeln unterschiedlicher Größe und damit unterschiedlicher Eigenschaften. Es ist schwierig, die Zusammensetzung dieser Mischung genau zu bestimmen. Sie können sich also nie hundertprozentig sicher sein, wie sich diese Partikel in Ihrem Körper verhalten werden.

Zhou sagt: „Bei einem Molekül ist das einfacher: Wenn man Moleküle herstellt, kann man durch chemische Analyse feststellen, ob sie rein sind.“ Bonnet fügt hinzu: „Wenn man diese Moleküle dann ins Blut injiziert, sind die resultierenden Nanopartikel alle wirklich ähnlich. Das liegt daran, dass der Körper diese Moleküle alle auf die gleiche Weise verarbeitet.“

Xuequans Molekül ist ein sogenannter Palladiumkomplex – ein Molekül mit einem metallischen Kern aus Palladium. Normalerweise ist das Palladiumatom mit vier Stickstoffatomen verbunden, aber Zhou hat zwei dieser Stickstoffatome durch Kohlenstoffatome ersetzt. Bei Bestrahlung mit grünem Licht gewinnt der Palladiumkomplex zusätzliche Energie. Diese zusätzliche Energie bewirkt, dass der Komplex Elektronen auf die bereits in den bestrahlten Zellen vorhandenen Sauerstoffmoleküle (O2) überträgt. Durch diesen Mechanismus entsteht eine reaktive Sauerstoffspezies, die Krebszellen abtötet.

Im Jahr 2020 stellte Zhou außerdem ein Krebsmedikament mit selbstorganisierenden Eigenschaften her. „Dieses neue Molekül geht jedoch noch einen Schritt weiter“, sagt er. „Durch die Bindung nicht nur eines, sondern zweier Kohlenstoffatome an das Metall wird das Medikament nun unter grünem Licht aktiviert, statt unter blauem.“ Grünes Licht ermöglicht ein besseres Eindringen in das Körpergewebe und ist daher für die Therapie bei Mäusen deutlich nützlicher. „Unser ultimatives Ziel ist ein Medikament, das unter Infrarotlicht wirkt“, sagt Bonnet. „Dieses Licht würde ein noch tieferes Eindringen ermöglichen. Es würde uns ermöglichen, größere Tumore tief im Körper menschlicher Patienten zu bekämpfen.“

Diese neue Studie verfolgte einen besseren, klinisch relevanteren Ansatz. In der ersten Studie injizierten Zhou und seine Kollegen das Medikament direkt in den Tumor. „Diesmal gingen wir noch einen Schritt weiter und untersuchten in Mausmodellen, wo das Medikament in den Blutkreislauf injiziert wurde“, sagt er. „Schließlich würde man das auch in Krankenhäusern so machen. Wir wollten wissen, ob die Nanopartikel des Medikaments die Bedingungen im Körper überstehen. Und das war zum Glück der Fall.“

Zhous Molekül erwies sich als sehr wirksam. „Zehn Prozent des verabreichten Medikaments erreichen den Tumor“, sagt Bonnet. „Von 100 Molekülen, die wir verabreichen, kommen zehn am Zielort an. Bei vielen Nanomedikamenten ist dieser Prozentsatz viel geringer. Eine Studie vor einigen Jahren zeigte, dass der Durchschnitt nur 0,7 % beträgt.“

Wie genau ist das möglich? Moleküle, die selbst Nanopartikel bilden? „Das wissen wir selbst auch nicht genau“, gibt Bonnet zu. „Wir wissen, dass Palladium von entscheidender Bedeutung ist, und Xuequan hat herausgefunden, dass wahrscheinlich auch Proteine ​​im Blut eine Rolle spielen. Wenn diese Proteine ​​fehlen, wachsen die Nanopartikel weiter und werden so groß, dass sie schließlich nicht mehr in Lösung bleiben. Es scheint daher, dass die Proteine ​​begrenzen das Wachstum der Nanopartikel, aber wir können noch nicht genau sagen, wie. Wir wissen, dass es wirksam ist. Das ist das Wichtigste. Aber warum es so gut funktioniert? Das müssen weitere Untersuchungen zeigen.“