Eine Gruppe von Wissenschaftlern des IOCB Prag unter der Leitung von Dr. Miloslav Polášek hat Verbindungen entwickelt, die bis zu einer Million Mal stabiler sind als ähnliche Substanzen, die in der modernen Medizin zur Behandlung von Tumoren oder als Kontrastmittel für die Magnetresonanztomographie verwendet werden.
Sie haben einen neuen Weg gefunden, Metallelemente, sogenannte Lanthanoide, sicher in Molekülen von Arzneimitteln zu binden. Ihre Studie war veröffentlicht im Tagebuch Naturkommunikation.
„Lanthanide sind in der Medizin unverzichtbar, doch es besteht eine ständige Herausforderung, ihre Bindungsstärke innerhalb pharmazeutischer Moleküle zu verbessern. Der Fortschritt auf diesem Gebiet stagniert seit dreißig Jahren. Stabilität ist entscheidend, insbesondere für gadoliniumhaltige Kontrastmittel, die in der Magnetresonanztomographie eingesetzt werden.“ „Das ist wichtig, weil Gadolinium den Körper schädigen kann, wenn es aus dem Wirkstoffmolekül entweicht“, betont Dr. Polášek.
„Unser neues Syntheseprinzip namens ‚ClickZip‘ baut diese Metalle nahezu irreversibel in Moleküle ein und macht deren Anwendung dadurch deutlich sicherer.“
„ClickZip fungiert als Falle. Zunächst ist das Molekül offen, sodass das Metall leicht in eine vorbereitete Bindungsstelle eindringen kann. Sobald es dort sitzt, schließt sich die „Falltür“ durch eine chemische Reaktion irreversibel dahinter und stellt sicher, dass das Metall nicht entweichen kann „Es ist eine elegante und schöne Chemie“, sagt Dr. Tomáš David vom IOCB Prag, der Erstautor der Publikation.
„Eine millionenfach höhere Stabilität bedeutet, dass die Verbindung eine Million Mal länger hält. Das ist, als würde man die Länge einer Fernsehserienfolge mit der Länge eines menschlichen Lebens vergleichen.“
Die neuen Wirkstoffe sollen beispielsweise Menschen mit eingeschränkter Nierenfunktion zugute kommen, die sich einigen Magnetresonanztomographie-Untersuchungen nicht unterziehen können. Denn ihr Körper scheidet die Kontrastmittel nur langsam aus, wodurch das Risiko steigt, dass sie das giftige Element Gadolinium freisetzen. Die möglichen Anwendungen enden hier jedoch nicht.
ClickZip-Moleküle sind so stabil, dass sie ohne Zersetzung buchstäblich in konzentrierter Säure gekocht werden können. Mit diesen Verbindungen ist es möglich, beispielsweise Moleküle eines Peptid-Arzneimittels zu markieren, um sie im Tiermodell zu testen. Dank dieser spezifischen Markierungen ist es möglich, präzise und empfindlich zu bestimmen, welches Gewebe das Medikament in welcher Menge erreicht hat.
„Wir können sogar mehrere Tags gleichzeitig verwenden und so mehrere Parameter innerhalb eines einzigen Organismus untersuchen. Dadurch können wir mehr Daten sammeln und viele Versuchstiere sparen“, betont Polášek die ethischen Implikationen der Forschung.
Die Machbarkeit dieses In-vivo-Multiplexings wurde von den Forschern in Zusammenarbeit mit Dr. Lenka Maletínská demonstriert, die am IOCB Prag die Forschung zu peptidbasierten Medikamenten gegen Fettleibigkeit leitet.
Diese bahnbrechende Entdeckung am IOCB Prag erweitert den Horizont nicht nur der Medizin, sondern auch moderner Industriezweige. Die Autoren haben die Technologie patentieren lassen und suchen nun einen Partner, der sie bei der Markteinführung unterstützt.
Die Forschung wurde dank des CarDia-Projekts (LX22NPO5104) im Rahmen des EXCELES-Programms durchgeführt, das darauf abzielt, die soziale Widerstandsfähigkeit gegenüber den Auswirkungen schwerer Krankheiten zu stärken.
Weitere Informationen:
Tomáš David et al., Ultra-inerte Lanthanid-Chelate als Massenmarkierungen für die Multiplex-Bioanalyse, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-53867-1