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Onkologie

Photodynamische Krebstherapie ohne externe Lichtquelle

17.5.2022

Die photodynamische Therapie hatte bisher einen Nachteil: Die notwendige Lichtaktivierung eines Photosensibilisators zur Bildung reaktiver Sauerstoffspezies begrenzt das hoch wirksame und schonende Verfahren auf die Eindringtiefe des sichtbaren oder UV-Lichts von wenigen Millimetern (und damit im Wesentlichen auf Anwendungen in Ophthalmologie und Dermatologie).

Eine chinesische Forschergruppe hat jetzt eine neuartige photodynamische Tumortherapie für die Behandlung tief liegender Tumoren entwickelt, die ohne externe Bestrahlung auskommt: Die notwendige Lichtquelle ist in den Wirkstoff mit „eingebaut“ und wird selektiv in der Mikroumgebung von Tumoren „angeschaltet“, wie das Team in der Zeitschrift „Angewandte Chemie“ berichtet.
Der Wirkstoff besteht aus vier zu einem Molekül verknüpften Bausteinen: einem Photosensibilisator (Pyropheophorbid-a), einem pH-Sensor (Diisopropylamino-Gruppe), einem Polymer (Polyethylenglykol) und der „Lampe“ (die Aminosäure Tyrosin mit einem radioaktiven Iod-131-Isotop). Bei pH-Werten von gesundem Gewebe sind die Moleküle fest zu Nanopartikeln aggregiert. In dieser kompakten Form ist die „Beleuchtung“ ausgeschaltet und der Wirkstoff damit unwirksam. Tumorgewebe hat dagegen einen etwas saureren pH-Wert. Der pH-Sensor verändert dort seine Struktur und sorgt so für einen Zerfall der Nanopartikel. Das Leuchten wird angeschaltet, reaktive Sauerstoffspezies entstehen und töten die Tumorzellen ab.
Aber wie funktioniert die „eingebaute Lampe“? Das Iod-Isotop Iod-131 sendet bei seinem radioaktiven Zerfall β-Strahlung, d.h. Elektronen, und γ-Strahlung aus. Auf ihrem Weg polarisieren die Elektronen aufgrund ihrer Ladung Atome und regen sie zu Dipol-Schwingungen an, die daraufhin elektromagnetische Wellen aussenden, also Licht. Normalerweise löschen diese Wellen sich sofort gegenseitig aus. Im dichten, wässrigen Milieu der Zellen sind (anders als im Vakuum) die vom I-131 erzeugten Elektronen jedoch schneller unterwegs als das Licht. In einem solchen Fall ist die Auslöschung der Wellen nur unvollständig und es entsteht ein bläuliches Licht, die sogenannte Tscherenkow-Strahlung. Diese regt die Photosensibilisatoren ausreichend an, um Tumorzellen zu zerstören. In Zellkultur und im Tiermodell zeigte der neue Wirkstoff eine starke Tumorinhibierung bei geringer Toxizität und minimalen Nebenwirkungen auf gesundes Gewebe.

Originalliteratur Guo J, Angew Chem Int Ed Engl 2021 Aug 9; doi 10.1002/anie.202107231, PMID 34374188

Pressemitteilung Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V., September 2021

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