30.06.2022 - Ural Federal University

Neue Fluorophore könnten bei der Krebsbekämpfung helfen

Wissenschaftler synthetisieren kostengünstige Substanzen für Diagnose und Therapie von Tumoren

Wissenschaftler der Ural Federal University und Ural Branch of the Russian Academy of Sciences haben neue fluoreszierende chemische Verbindungen (Fluorophore) für die photodynamische Therapie von Krebstumoren, die neueste Methode der Krebsbehandlung, entwickelt. Die Verbindung eignet sich sowohl für die Diagnose von Tumorprozessen durch Anfärbung des betroffenen Gewebes als auch für die weitere Behandlung durch Zerstörung der Tumorzellen, ohne die gesunden Zellen zu schädigen. Die Ergebnisse der Primärstudien wurden in der Zeitschrift Dyes and Pigments veröffentlicht.

Die Synthese dieser Fluorophore zeichnet sich durch niedrige Kosten aus, da alle Derivate in der Zusammensetzung vorhanden sind und es keine Verunreinigungen gibt, die zu Nebenwirkungen führen könnten. Die Wirksamkeit des Fluorophors wurde an HeLa-Zellen getestet, die als Modell für Gebärmutterhalskrebs dienen. Jetzt testen die Wissenschaftler, wie die neue Verbindung mit anderen Arten von Krebszellen interagiert.

Fluorophore sind chemische Verbindungen, die bei Bestrahlung mit ultraviolettem oder sichtbarem Licht sichtbares Licht (Photolumineszenz) aussenden. Sie sind in der Lage, sich in biologischem Gewebe auszubreiten und Zellen zu färben, die für Entzündungsprozesse anfällig sind. Eine neue Verbindung interagiert also mit den Biomolekülen des Körpergewebes und färbt unter UV- oder sichtbarer Strahlung Bereiche an, in denen ein Tumorwachstum stattfindet. Auf diese Weise lassen sich die Größe des Tumors im Körper bestimmen und seine Grenzen abstecken. Bei den Experimenten stellten die Wissenschaftler fest, dass der neue Fluorophor eine Doppelfunktion erfüllt: Er färbt nicht nur kranke Bereiche an, sondern beginnt auch, sie zu zerstören.

"Zunächst untersuchten wir nur die Färbeeigenschaften der Verbindung", sagt Grigory Zyryanov, Mitautor der Studie und Professor am Fachbereich für organische und biomolekulare Chemie der UrFU. "Die Verbindung ist in der Lage, sich in bestimmten Bereichen der Zelle - der Zellmembran und dem Retikulum (einer intrazellulären Organelle, die für die Proteinfaltung zuständig ist) - anzureichern und unter ultravioletter oder sichtbarer Strahlung die infizierten Bereiche hellgrün zu färben. Es stellte sich jedoch heraus, dass das Fluorophor dann als Photosensibilisator fungiert. Das heißt, unter dem Einfluss der optischen Bestrahlung beginnt es mit der umgebenden Zellumgebung (Sauerstoff, Wasser usw.) zu interagieren und erzeugt freie Radikale, die so genannten reaktiven Sauerstoffspezies. Diese aktiven Partikel gehen chemische Wechselwirkungen mit den betroffenen Zellen ein und beginnen mit deren Zerstörung, während gesunde Zellen praktisch nicht beeinträchtigt werden. Dies wird als photodynamische Therapie bezeichnet und ist eine neue vielversprechende Methode der Krebsbehandlung mit hoher Effizienz und minimalen Nebenwirkungen."

Die Wissenschaftler nutzten die Methoden der heterozyklischen Chemie, um zwei Versuchsmuster herzustellen. Die Chemiker synthetisierten ein Fluorophor auf der Basis von Naphthoxazol, einem Oxazol-Derivat, das bei der Synthese von medizinischen und biochemischen Präparaten verwendet wird, und ein Naphthalin-Fragment, das als Plattform und so genannte Antenne für eine effizientere Wahrnehmung der optischen Strahlung durch ein Molekül dient. Außerdem fügten die Chemiker der Verbindung Fragmente von Pyren und Anthracen hinzu, mehrkernige aromatische Kohlenwasserstoffe mit hoher Fluoreszenzreaktion, d. h. einem hellen Glühen. Die Verbindung mit Pyren zeigte die höchste Fluoreszenz- und Antikrebsaktivität.

"Pyrene werden sehr häufig für das Bioimaging verwendet, Anthracene sind weniger verbreitet", sagt Grigory Zyryanov. "Diese Verbindungen sind aus vielen Gründen vielversprechend, unter anderem konnten wir zeigen, dass die pyrenhaltige Verbindung selbst bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht zu leuchten beginnt, und das ist sogar mit bloßem Auge sichtbar. Das ist sehr praktisch, zum Beispiel auch für chirurgische Eingriffe, wenn es bei der Behandlung noch notwendig ist."

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