title: Jenseits von Cisplatin : Aufklärung der intrazellulären Lokalisation und antitumoralen Wirkung neuer target-spezifischer Platinkomplexe mit N-heterozyklischen Carbenliganden
Creators: name: Rothemund, Matthias
Publisher: name: University of Bayreuth
Year: 2020
Subjects: subject: Platin
subject: Platinkomplexe
subject: Präklinische Studien
subject: Lokalisation
subject: Zellassays
subject: antitumoral
subject: Wirkstoffforschung
subject: Mitochondrien
subject: DNA-Interaktion
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description: Der anhaltende Anstieg neoplastischer Neuerkrankungen und damit verbundener Todesfälle, wiederkehrende Resistenzentwicklungen gegen aktuelle Chemotherapeutika und ihre starken Nebenwirkungen stellen die Wissenschaft auch nach mehreren Jahrzehnten erfolgreicher Tumorbekämpfung vor die Aufgaben bessere, selektivere Wirkstoffe für die Tumortherapie zu finden. Aufgrund ihrer hohen Stabilität und Variabilität haben sich N-heterozyklische Carbenkomplexe (NHC) in den letzten Jahren als vielversprechende Kandidaten für die Entwicklung neuer antitumoraler Wirkstoffe hervorgetan. Die im Rahmen dieser Arbeit vorgestellten PtII und PtIV NHC Komplexe mit verschiedenen N,N-dibenzylimidazol-2-yliden und N,N-dialkylbenzimidazol-2-yliden Liganden, wurden in vitro auf ihre allgemeine antitumorale Aktivität mit Fokus auf ihre DNA-Interaktionsfähigkeit, intrazelluläre Lokalisation und damit verbundene Auswirkungen auf zelluläre Prozesse untersucht. Der erste Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Aufklärung des Wirkmechanismus neuer (un)symmetrischer, (un)geladener Komplexe des Typs cis-[PtIICl(L)(NHC)1(NHC)2] mit N,N-dibenzylimidazol-2-yliden (NHC) und Cl/PPh3 (L) Liganden. Wie schon ähnliche PtII Komplexe zuvor zeigten Komplexe mit Eigenschaften von delokalisierten lipophilen Kationen (dlc) eine aufnahmeabhängige, erhöhte Toxizität. Ebenso nahmen die sekundären Liganden und das Einführen einer positiven Gesamtladung Einfluss auf die Interaktion mit DNA, welche in ihrer Intensität die von Cisplatin weit überstieg. Die Lokalisation von fluoreszenzmarkierten Derivaten dieser Serie zeigte sowohl die ungeladenen als auch die geladenen Komplexe hauptsächlich an den Mitochondrien, was untypisch für Platinkomplexe ist. Einhergehend mit diesem Wirkort wurden negative Auswirkungen auf die Redoxhomöostase und der Zusammenbruch des Mitochondrienmembranpotentials ΔΨ in Tumorzellen nach Behandlung mit Komplexen dieser Serie festgestellt. Damit unterscheiden sie sich deutlich von Cisplatin, welches seinen Hauptwirkort an der DNA findet. Weitere Unterschiede zwischen der Wirkung von Cisplatin und den untersuchten Platinkomplexen zeigten sich in ihrem Einfluss auf den Zellzyklus, das Zytoskelett und die Aktivierung der Apoptose. Einhergehend mit oxidativem Stress lösen die kationischen Komplexe einen G1-Arrest und nicht wie Cisplatin einen S-Phasenarrest, und eine starke Ausbildung von stress fibers im Aktinzytoskelett aus. Letztendlich konnte für die geladenen Komplexe 14 die Aktivierung der apoptosevermittelnden Caspasen nachgewiesen werden. Die geringere Aktivität der ungeladenen Komplexe beschränkte sich nicht auf ihre Auswirkungen auf die Menge an toxischer reaktiver Sauerstoffspezies. So verursachten sie keinen Zellzyklusarrest und waren auch nicht in der Lage Caspasen zu aktivieren. Der, von dem von Cisplatin verschiedene, Wirkmechanismus der cis-[PtIICl(L)(NHC)1(NHC)2] Komplexe dieser Generation bietet die Möglichkeit gemilderter Nebenwirkungen, da gesunde Körperzellen eine höhere Toleranz für oxidativen Stress besitzen als Tumorzellen und DNA-Reparaturmechanismen nicht in dem Ausmaß aktiviert werden, wie es bei einer Cisplatin-Therapie geschieht. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung des Einflusses der sekundären Liganden und der Gesamtladung der Komplexe auf ihre antitumorale Aktivität und die Art, sowie die Stärke ihrer DNA-Interaktion. Untersucht wurde dies an einer Serie von (un)geladenen [(1,3-Dialkylbenzimidazol-2-yliden)-(L)Cl]platin(II) Komplexen. Wie schon die zuvor untersuchten Komplexe zeigten die Komplexe dieser Serie eine zelluläre Aufnahme, die stark abhängig von der Art der sekundären Liganden war. Komplexe, die Eigenschaften delokalisierter lipophiler Kationen zeigen, wurden am stärksten in Zellen aufgenommen und zeigten die höchste Toxizität. Insbesondere bei Komplexen mit einem PPh3 Liganden hatte auch die Länge der Alkylkette deutlichen Einfluss auf die Aufnahme. Im Gegensatz zu den ersten Komplexen, standen Aufnahmeraten dieseer Komplexe jedoch in keinem Zusammenhang mit den Cytotoxizitäten, die sich in dieser Serie sprunghaft verhielten. Detaillierte DNA-Interaktionsstudien der Komplexe zeigten, dass die ungeladenen Komplexe 18-19 direkt koordinativ an Guaninbasen der DNA binden und die geladenen Komplexe erst eine rasche elektrostatische Interaktion mit dem negativ geladenen Phosphatrückgrat eingehen und anschließend eine koordinative Bindung. Alle getesteten Komplexe bilden monofunktionelle DNA-Addukte aus, und destabilisieren, verdrehen und entwinden die DNA in geringerem Ausmaß als Cisplatin. Derartige Schäden der DNA könnten unerkannt bleiben und Reparaturmechanismen der Tumorzellen umgehen. Die starken Nebenwirkungen, die eine Chemotherapie oft mit sich bringt, regt zu gezielteren Ansätzen der Chemotherapie an. Inaktive prodrugs, Metallkomplexe höherer Oxidationsstufen, die durch die Reduktion in der veränderten Tumorumgebung aktiviert werden, stellen eine Möglichkeit dar, ungewollte Nebeneffekte zu reduzieren. Der dritte Teil dieser Arbeit handelt von der antitumoralen Aktivität von cis- und trans-[PtIVCl4(NHC)2]-Komplexen und ihrer PtII Analoga. Die PtIV Komplexe dieser Serie zeigten größtenteils eine ähnliche antitumorale Aktivität wie ihre PtII Analoga. Die Geometrie der PtIV Komplexe verhindert eine in vitro DNA-Interaktion, und macht sie somit zu potenziellen Prodrugs für die Tumortherapie. Vergebliche Versuche einer in situ Reduktion stimmen mit Forschungsergebnissen überein, dass kleinere Moleküle nicht für die Reduktion der PtIV Komplexe verantwortlich sind, sondern diese durch größere Moleküle, wie Proteine oder Enzyme reduziert werden. Die dennoch im Vergleich zu den PtII Komplexen gleich gute Aktivität der PtIV Komplexe weist auf eine intrazelluläre Reduktion zu ihren PtII Analoga hin. Eine durch die Prodrug-Eigenschaften ermöglichte nebenwirkungsärmere Therapie muss jedoch noch durch Untersuchungen im Maus-Xenograft Model bestätigt werden. NHC-Platinkomplexe stellen aufgrund ihrer physikochemischen Eigenschaften vielversprechende Kandidaten für die Tumortherapie dar, da über Ligandenvariation nicht nur die Lipophilie, die Stabilität und andere Komplexeigenschaften eingestellt werden können, sondern eine gezielte Tumortherapie mit Vermeidung von aufkommender Resistenzen und Nebenwirkungen möglich werden.