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Metallkomplexe als Arzneistoffe Metallkomplexe auf dem Weg in lebende Zellen

Redakteur: Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Metallkomplexe haben ein ausgesprochen hohes Potenzial als mögliche Arzneistoffe, das bis heute jedoch nur ansatzweise untersucht worden ist. Im Exklusivinterview mit LaborPraxis beschreibt Prof. Ulrich Schatzschneider von der Universität Würzburg, warum das so ist und wo das Optimierungspotenzial liegt.

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LaborPraxis: Herr Prof. Schatzschneider, in Ihrer Arbeitsgruppe beschäftigen Sie sich gemeinsam mit Herrn Prof. Dr. Nils Metzler-Nolte mit biologisch aktiven Metallkomplexen. Was ist über diese Verbindungen bisher bekannt?

Prof. Schatzschneider: In unseren beiden Arbeitsgruppen, die Mitglieder der DFG-Forschergruppe 630 „Biologische Funktion von Organometallverbindungen“ sind, deren Sprecher Prof. Metzler-Nolte ist, interessieren wir uns für Metallverbindungen mit zytotoxischer Wirkung gegen Krebszellen. Wir haben in den letzten Jahren mehrere Verbindungsklassen identifizieren können die eine solche vielversprechende Wirkung zeigen. Auf welchen zellulären Mechanismen diese beruht, ist jedoch noch weitgehend unbekannt. Das macht es schwer, diese Metallverbindungen weiter zu optimieren. Deshalb haben wir nach Methoden gesucht, mit denen sich ihre Verteilung in Zellen verfolgen lässt und haben dabei in diesem Kontext erstmals die Raman-Mikroskopie als aussichtsreiches Verfahren anwenden können.

LaborPraxis: Inwiefern haben Metallkomplexe ein Potenzial als Arzneistoff?

Prof. Schatzschneider: Edelmetalle wie Gold sind bereits im Altertum gegen Krankheiten verabreicht worden, zu dieser Zeit allerdings eher aus magischen Gründen wegen ihres hohen Wertes und Glanzes. Später kamen dann Tinkturen aus toxischen Metallen wie Quecksilber hinzu. Erst 1910 gelang Paul Ehrlich mit Salvarsan, einer gegen Syphilis wirksamen Arsenverbindung, erstmals die wirklich wissenschaftlich fundierte Entwicklung eines metallbasierten Medikaments. Zu einer stürmischen Entwicklung des Gebietes kam es dann ab Mitte der 1960er Jahre, als Barnett Rosenberg Cisplatin, genauer cis-Di-amindichloroplatin(II), in die Chemotherapie von Krebserkrankungen einführte. Heute werden Platinverbindungen im Wert von mehreren Milliarden Euro pro Jahr in der Tumortherapie eingesetzt und nahezu jeder dritte Krebspatient wird mit Cisplatin oder einer anderen Platinverbindung behandelt.

LaborPraxis: Sind Krebsmedikamente die Haupteinsatzgebiete für solche Metallverbindungen? Wie unterscheiden sich ihre Wirkmechanismen von denen gängiger organischer Arzneistoffe?

Prof. Schatzschneider: Metallverbindungen haben ein ausgesprochen hohes Potenzial als mögliche Arzneistoffe, das bis heute jedoch nur ansatzweise untersucht worden ist. In der Krebstherapie besteht weiterhin ein großer Bedarf an neuen Verbindungen, einerseits um Resistenzen gegen vorhandene Medikamente umgehen zu können und andererseits, um bisher nicht therapierbare Tumore anzugreifen. Außerdem zeigen einige Metallverbindungen vielversprechende Wirkung gegen Infektionskrankheiten wie Malaria. Hier gibt es sogar noch viel mehr Spielraum für neue Entwicklungen als beim Krebs. Metallkomplexe haben aufgrund der inhärenten Eigenschaften des zentralen Metallatoms eine Reihe von Vorteilen gegenüber rein organischen Verbindungen. Zum einen kann man aufgrund der oktaedrischen Koordinationsumgebung vieler Metalle leicht 3D-Strukturen herstellen, die zum Beispiel in das aktive Zentrum von Enzymen passen und diese so blockieren. Das lässt sich mit Kohlenstoffverbindungen nur deutlich schwieriger realisieren. Weiterhin gibt es eine ganze Reihe von radioaktiven Metall-isotopen, die sich für das Tumorimaging und die endogene Strahlentherapie eignen. Dann sind viele Metalle in mehreren Oxidationszuständen stabil, sodass sich auf dieser Basis redoxaktive Biosensoren entwickeln lassen. Außerdem haben viele Metallverbindungen labile Liganden gebunden, deren Austauschgeschwindigkeit sich einstellen lässt und die eine kovalente Bindung der Metallverbindungen an DNA und Proteine ermöglicht, was deren Eigenschaften verändert. Und schließlich gibt es eine ganze Reihe von Liganden für Metalle die eine spezifische spektroskopische Signatur aufweisen, die man für ihre Detektion in lebenden Zellen verwenden kann. Dies ist sehr wichtig um den Wirkmechanismus metallbasierter Chemotherapeutika verstehen und kontrollieren zu können und steht im Zentrum unseres aktuellen Forschungsprojektes.

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