11.06.2019 - Universität Innsbruck

Krebsmedikament wird durch langsame Elektronen aktiviert

In der Strahlentherapie werden verschiedene Moleküle erprobt, um die Wirkung der Strahlung auf Krebszellen zu verbessern. Forscher um Stephan Denifl von der Universität Innsbruck beobachteten nun, dass langsame Elektronen von Nimorazol-Molekülen äußerst effektiv eingefangen werden. Dieses Ergebnis kann eine Erklärung für die selektive Wirkung dieses in der Strahlentherapie bereits eingesetzten Wirkstoffs liefern.

Schon Anfang des 19. Jahrhunderts wurde vom Wiener Radiologen Gottwald Schwarz erkannt, dass der überlebenswichtige Sauerstoff in Zellen deren Schädigung durch Röntgenstrahlung fördert. Durch diese Eigenschaft entsteht eine paradoxe Situation für die Bekämpfung von Krebstumoren in der Strahlentherapie, da Tumore aufgrund ihres enthemmten Wachstums Bereiche bilden, in denen eine ausgeprägte Sauerstoffarmut herrscht; diese Regionen sprechen aber durch den fehlenden Sauerstoff schlechter auf die Strahlung an als gesundes Gewebe. Um diesen Effekt aufzuheben, werden in der Krebsmedizin verschiedene Moleküle getestet, welche die Wirkung von Sauerstoff in sauerstoffarmen Tumoren imitieren soll. Ein Molekül, das erfolgreich in klinischen Studien getestet wurde, ist das Nimorazol-Molekül. Das in der Medizin sonst als Antibiotikum verwendete Medikament wird in Dänemark mittlerweile bei der Bekämpfung von Rachen- und Kehlkopftumoren in der Strahlentherapie eingesetzt. Der exakte Wirkungsmechanismus auf der molekularen Ebene ist allerdings unbekannt und beruht auf Hypothesen, die auf eine Bestätigung warten.

Moleküle fangen Elektronen ein

Die Innsbrucker Forscher untersuchten in Zusammenarbeit mit Forscherteams aus vier Ländern die Frage, ob langsame Elektronen, die durch die Bestrahlung im Tumorgewebe freigesetzt werden, eine Rolle für die Wirkung des Moleküls spielen. „Die Experimente mit einzelnen Molekülen zeigten, dass Nimorazol langsame Elektronen außergewöhnlich effizient einfängt. Das Molekül zeichnet sich danach auch durch große Stabilität aus, indem es intakt bleibt“, erzählt Rebecca Meißner, die Erstautorin der in Nature Communications veröffentlichten Arbeit. „Sonst spalten Moleküle sich häufig auf, sobald ein freies Elektron eingefangen wird.“ In weiteren Experimenten haben die Wissenschaftler den Einfluss der Zellumgebung näherungsweise simuliert, indem sie Nimorazol mit Wassermolekülen umgaben. „Die Resultate zeigten, dass das Einfangen der Elektronen in dieser komplexeren Umgebung noch verstärkt wird“, schildert Projektleiter Stephan Denifl vom Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik der Universität Innsbruck.

Empfindlichkeit von Tumorgewebe steigern

Diese Ergebnisse liefern einen Hinweis, warum der Wirkstoff speziell zur Strahlentherapie von sauerstoffarmen Tumoren eingesetzt werden kann. Das Molekül mit dem eingefangenen Elektron stellt selbst ein Radikal dar, das sich an die durch Strahlung geschädigte DNA bindet und dadurch zelleigene Reparaturmechanismen in Tumorzellen verhindert. In anderen Zellen, wo aber genügend Sauerstoff vorhanden ist, gibt das Nimorazol das eingefangene Elektron wieder an den Sauerstoff ab und wird dadurch recycelt. Damit ist eine Anreicherung des notwendigen Radikals in den sauerstoffarmen Zellen erzielbar und es wird die mangelnde Sensitivität gegenüber der Strahlung vermindert.

Diese Studie zeigt auch Perspektiven für das zukünftige Design von Molekülen auf, um die Sensitivität von Tumorgewebe zu verbessern. „Durch entsprechende Wahl der molekularen Struktur ließe sich die Effizienz des Elektroneneinfangens noch weiter optimieren“ meint Stephan Denifl. „Dabei dürfen aber natürlich auch nicht die biochemischen und pharmazeutischen Eigenschaften außer Acht gelassen werden.“

Fakten, Hintergründe, Dossiers
Mehr über Universität Innsbruck
  • News

    Coronavirus-Frühwarnsystem durch neue Testmethode

    Dank einer neuen Methode kann das Erbgut von SARS-CoV-2 erstmals im Zulauf österreichischer Kläranlagen nachgewiesen werden. So lässt sich ein regionales Auftreten der Viren frühzeitig erkennen. Die große Frage nach der Dunkelziffer der mit SARS-CoV-2 infizierten Personen beschäftigt derzei ... mehr

    Neuar­tiges Corona-Test­ver­fahren ent­wi­ckelt

    Michael Traugott und seine Spin-Off-Firma Sinsoma GmbH entwickeln zusammen mit den Instituten für Zoologie und für Mikrobiologie der Universität Innsbruck ein neues Testverfahren zum Nachweis des SARS-CoV-2-Virus. Dieses neue PCR-Verfahren arbeitet mit anderen Analysestoffen, die leichter z ... mehr

    Neuer Biosensor für Kinasen

    Signalwege in menschlichen Zellen können durch Mutationen in Kinasen, die als molekulare Schalter fungieren, gestört werden. Oft sind schwere Krankheiten wie Krebs die Folge. Neues Licht in das Verständnis dieser komplexen Prozesse bringt ein Verfahren, das ein international vernetztes Fors ... mehr

  • Videos

    Biologische Schädlingsbekämpfung

    Der Maikäfer macht den Betroffenen in der Landwirtschaft oft schwer zu schaffen. Hermann Strasser vom Institut für Mikrobiologie bekämpft den Schädling mit einem ganz speziellen Pilz, der in den Boden ausgebracht werden kann. mehr

    Abfallwirtschaft: Energie aus Biomüll

    In der Abteilung für Abfallbehandlung und Ressourcenmanagement am Institut für Infrastruktur der Uni Innsbruck wird an verschiedenen Methoden zur nachhaltigen Aufarbeitung der vielen Tonnen des jährlich anfallenden Restmülls gearbeitet. Die Forscherinnen und Forscher arbeiten an der Schnitt ... mehr

    Pharmazie: Alternativen zur Spritze

    Die Forschungsgruppe um den Innsbrucker pharmazeutischen Technologen Andreas Bernkop-Schnürch ist weltweit führend, wenn es darum geht, Spritzen zu vermeiden. Insulin in Tablettenform – Was vor zwanzig Jahren noch unmöglich schien, wird dank Nanotechnologie bald möglich sein. Auch am Innsbr ... mehr