Ein neuartiges chemisches Verfahren ermöglicht es erstmals, modifizierte Peptide mit Boronsäuren schnell und einfach herzustellen. Entwickelt wurde es von Wissenschaftlern des Organisch-Chemischen Instituts und des Instituts für Pharmazie und Molekulare Biotechnologie der Universität Heidelberg.
Im Rahmen dieser Arbeit gelang es den Wissenschaftlern, eine Vielzahl unterschiedlicher biologisch aktiver Peptidboronsäuren zu synthetisieren und deren Eigenschaften zu untersuchen. Sie eröffnen nach Ansicht der Forscher neue Möglichkeiten im jungen Forschungsfeld der synthetischen Immunologie und könnten aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften künftig vor allem in der Immuntherapie Anwendung finden.
Peptide sind Polymere aus zwei oder mehreren miteinander verknüpften Aminosäuren und kommen überall im Organismus vor, wo sich Zellen befinden. Sie spielen eine zentrale Rolle im Immunsystem, da sie wichtige immunologische Erkennungsmerkmale übermitteln.
Reihenfolge und Zusammensetzung der Peptide bestimmen, was vom Immunsystem als fremd erkannt wird und eine Immunreaktion auslöst. Deshalb werden beispielsweise therapeutische oder prophylaktische Immunisierungen mit Peptiden durchgeführt, erklärt Marius Werner, Doktorand an beiden Heidelberger Instituten.
Für die Forscher sind die Boronsäuren interessant, weil sie über ein einzigartiges und bislang ungenutztes Interaktionsprofil mit Immunzellen oder anderen biologischen Zielstrukturen verfügen.
In der vorliegenden Studie veröffentlicht In Höhere Wissenschaftstellten die Forscher durch Hydroborierung harzgebundener Peptid-Alkene und -Alkine mit einer Boronsäure ausgestattete Peptide her. Sie verfügen damit über eine besondere chemische Struktur, die nach Aussage der Wissenschaftler bisher nicht oder nur sehr schwer zu erhalten war.
„Durch die Boronsäure lassen sich sehr einfach weitere chemische Modifikationen in die Peptide einbringen und so zahlreiche Variationen realisieren. Da Boronsäuren zudem mit Immunzellen interagieren, könnten die um dieses Strukturelement erweiterten Peptide potenziell dazu genutzt werden, in das Immunsystem einzugreifen“, erklärt Juniorprofessorin Dr. Franziska Thomas vom Institut für Organische Chemie, die die Arbeiten gemeinsam mit Prof. Dr. Christian Klein vom Institut für Pharmazie und Molekulare Biotechnologie geleitet hat.
Auch wenn der Weg dahin noch weit ist, besteht laut Prof. Klein möglicherweise das Potenzial, mit Hilfe der neuen Substanzen eine Immunreaktion auf Tumorzellen auszulösen, also beispielsweise einen Tumor mit körpereigenen Mechanismen zu zerstören. Eine weitere Anwendung könnte die gezielte Freisetzung von Wirkstoffen im Körper sein.
Die Boronsäuregruppe soll als „Anker“ für das Peptid dienen, damit es an Nanopartikel binden kann, die als Transportmedium dienen. „Die Partikel mit dem Peptid könnten so designt werden, dass sie in bestimmten Organen oder von bestimmten Zellen, insbesondere des Immunsystems, aufgenommen werden und das Peptid so durch sein Design kontrollierbar jede beliebige Wirkung entfalten kann“, sagt der Wissenschaftler, der im Bereich der Medizinalchemie forscht.
Auch in Kombination mit kleinen Implantaten, die sich im Körper auflösen und Wirkstoffe freisetzen, könnten Peptid-Boronsäuren zum Einsatz kommen.
Weitere Informationen:
Marius Werner et al., Peptidboronsäuren durch späte Hydroborierung an der Festphase, Höhere Wissenschaft (2024). DOI: 10.1002/advs.202400640