Wie selbst große Moleküle in die Zellen kommen

Medizin in Einzelteilen – vor Ort zusammengebaut

| Autor/ Redakteur: Susann Huster* / Christian Lüttmann

Medizinische Wirkstoffe sind oft sehr große Moleküle. Manchmal passen sie aufgrund ihrer Größe nicht mehr durch die Zellwand, und verlieren so ihre Relevanz für therapeutische Zwecke. Ein Team aus Forschern der Universität Leipzig hat nun eine Methode entwickelt, dieses Problem zu umgehen – indem es die Wirkstoffe in mehreren Teilen einschleust und erst im Zellinneren zusammensetzt.

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Damit große Wirkstoffmoleküle in die Zellen gelangen, könnten sie in Einzelteile zerlegt und erst in der Zelle zusammengesetzt werden (Symbolbild).
Damit große Wirkstoffmoleküle in die Zellen gelangen, könnten sie in Einzelteile zerlegt und erst in der Zelle zusammengesetzt werden (Symbolbild).
( Bild: Pixabay/ Alexas_Fotos, OpenClipart-Vectors )

Leipzig – Da hat man sich extra einen Sprinter gemietet, um die große Eckcouch zur Wohnung zu transportieren, und nun das: Die Couch passt nicht an einem Stück durch die Türe. Also wird sie rasch in ihre zwei Hauptteile zerlegt, in die Wohnung getragen und im Zimmer wieder aufgebaut. Dieses Möbelhaus-Prinzip soll nun auch in der Medizin neue Möglichkeiten schaffen. Dort sind nicht große Möbelstücke das Problem, sondern pharmazeutisch aktive Makromoleküle die zu groß sind, um durch Zellwände zu schlüpfen.

„Kleine Moleküle haben es da meist leichter als große Moleküle“, sagt Prof. Dr. Thorsten Berg von der der Universität Leipzig. „Allerdings haben die großen Moleküle oft bessere Wirkung als kleine Moleküle.“ Viele chemische Substanzen mit interessanter biologischer Aktivität könnten deshalb nicht für die Therapie menschlicher Krankheiten genutzt werden.

Aus zwei mach eins

Berg und seine Arbeitsgruppe haben sich dem Problem solcher großen Moleküle angenommen und eine Lösung entwickelt, wie die Wirkstoffe doch in die Zelle gelangen können: eine chemische Methode, mit der zwei kleine, reaktive Bausteine gezielt in lebenden Zellen zu einer großen und chemisch-einheitlichen Substanz reagieren können. Die Chemie wurde dabei so gewählt, dass die beiden Reaktionspartner nicht mit den Bestandteilen der menschlichen Zellen, sondern nur mit dem jeweils anderen Reaktionspartner reagieren können.

Moleküle erfolgreich in der Zelle zusammengesetzt

In ersten Experimenten konnte die Arbeitsgruppe um Berg nachweisen, dass der Ansatz mit den in der Zelle zusammengebauten Wirkstoffen tatsächlich funktioniert. „Wir konnten zeigen, dass menschliche Zellen mehr Wirkstoff enthalten, wenn sie nicht mit dem vorab synthetisierten Wirkstoff, sondern stattdessen mit zwei reaktiven ‚Hälften‘ des Wirkstoffes behandelt werden. Die kleinen Molekülhälften können besser in Zellen eindringen als die vorab hergestellte große Substanz und sie reagieren nach Eindringen in der Zelle miteinander zum großen Wirkstoff“, erläutert Berg.

Die neue Technik könne den Weg für Therapien ebnen, die bisher an der Größe der Wirkstoffe gescheitert sind, so die Forscher. „In der Zukunft könnten Medikamente möglicherweise aus mehreren reaktiven Bestandteilen bestehen, welche sich erst im menschlichen Körper zu dem eigentlichen Wirkstoff verbinden“, spekuliert Berg. „Dadurch könnten sich neue Möglichkeiten für die Verwendung großer Wirkstoffmoleküle bei der Behandlung menschlicher Krankheiten ergeben.“

Originalpublikation:

Christian Lis, Stefan Rubner, Corinna Gröst, Ralf Hoffmann, Daniel Knappe, Thorsten Berg: iSPAAC: isomer‐free generation of a Bcl‐xL‐inhibitor in living cells. Chemistry - A European Journal (2018), DOI: 10.1002/chem.201803032

* S. Huster, Universität Leipzig, 04109 Leipzig

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