title: Metal complexes with dual functionality : A study on the cellular effect of photocytotoxic kinase inhibitors
title: Metallkomplexe mit dualer Funktionalität : Eine Studie über die zelluläre Wirkungsweise photozytotoxischer Kinaseinhibitoren
Creators: name: Ludewig, Anja
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2014
Subjects: Photodynamische Therapie
Metallkomplexe
Kinaseinhibitor
photodynamic therapy
Krebstherapie
kinase inhibitor
duale Wirkung
metal complexes
cancer therapy
dual effect
Oxidativer Stress
Chemie

description: Light as a therapeutic instrument
      is common since the ancient Egyptians and it is still a
      promising approach to attain the site-specific activation of
      chemotherapeutics in modern cancer therapy. Especially the
      photodynamic therapy, which is based on the cytotoxic effect
      of a light-activated singlet oxygen producer, has become a
      promising alternative for selective cancer treatment. This
      work examines the photocytotoxic properties of organometallic
      iridium and rhenium complexes, in order to determine their
      potential as novel photodynamic agents. As essential
      requirement both kinds of metal complexes exhibit a strong
      antiproliferative effect on different cancer cell lines,
      after the irradiation with visible light. This is the result
      of several cell viability studies with complex concentrations
      in the nanomolar range. By contrast there is no toxic effect
      in the dark under these conditions. Similar to clinically
      approved photosensitizers, the here introduced complexes
      exhibit a cellular reaction within minutes after irradiation,
      which is accompanied by several typical apoptotic phenomena
      like cell shrinking, bleb formation, loss of adhesion and
      caspase activation. 24 h after irradiation the fragmentation
      of the DNA can be observed too. Especially the detailed
      analysis of the caspase activation led to the conclusion,
      that the irradiated complexes initiate the intrinsic
      apoptotic signaling pathway. Elicitor of this photocytotoxic
      effect is the generation of singlet oxygen, which could be
      determined under irradiated conditions in a cell-free
      detection-assay. This formation of reactive species is
      another elementary feature that the complexes share with
      common photosensitizers. However, a detail which makes them
      special and distinguishes them from other photoactive
      compounds is their additional function as kinase inhibitors.
      This property is based on the particular design of the
      pyridocarbazole ligand, which is a part of all examined
      complexes. This structure is inspired by the natural kinase
      inhibitor staurosporine and enables the complexes to bind in
      the active site of this protein class. Supported by the other
      coordinated ligands the herein presented iridium complex
      AW0234 represents a selective inhibitor for the receptor
      tyrosine kinase VEGFR and shows a significant antiangiogenic
      effect in three-dimensional endothelial spheroids. For the
      rhenium complexes it was possible to detect a nanomolar
      inhibition of the cytosolic protein kinase Pim1, which is
      also well-known for its implication in different tumor
      diseases. Consequently the complexes demonstrated in this
      work represent potential therapeutic agents with a dual
      anti-cancer activity that combines the advantages of the
      photodynamic therapy with the inhibition of protein
      kinases.
description: Bereits im alten Ägypten wurde
      Licht als therapeutisches Instrument eingesetzt und es ist
      heute erneut ein Bestandteil der Medizin, um eine selektive
      Aktivierung von Chemotherapeutika in der Krebstherapie zu
      ermöglichen. Speziell die Photodynamische Therapie (PDT),
      welche auf dem zytotoxischen Effekt eines lichtaktivierten
      Singulett-Sauerstoff-Produzenten beruht, ist zu einer
      vielversprechenden Alternative bei der selektiven Behandlung
      von Krebserkrankungen geworden. Diese Arbeit untersucht die
      photozytotoxischen Eigenschaften organometallischer Iridium-
      und Rhenium-Komplexe, mit dem Ziel ihre potentielle Eignung
      für die PDT festzustellen. Als grundlegende Voraussetzung
      hierfür zeigen beide Arten von Metallkomplexen einen starken
      antiproliferativen Effekt in verschiedenen Krebszelllinien
      nach der Belichtung mit sichtbarem Licht. Dies ist das
      Resultat zahlreicher Zellviabilitätsstudien mit
      Komplexkonzentrationen im nanomolaren Bereich. In Gegensatz
      dazu konnte kein toxischer Effekt im Dunkeln unter ansonsten
      gleichen Bedingungen festgestellt werden. Ähnlich, wie
      bereits klinisch zugelassene Photosensibilisatoren, zeigen
      die hier vorgestellten Komplexe bereits innerhalb weniger
      Minuten nach der Belichtung eine zelluläre Reaktion, die mit
      verschiedenen Apoptose-typischen Phänomenen, wie dem
      Schrumpfen der Zellen, einer Blasenbildung in der Membran,
      dem Verlust der Zelladhäsion sowie einer Aktivierung der
      Caspasen, einhergeht. 24 h nach der Belichtung konnte
      zusätzlich eine Fragmentierung der DNA beobachtet werden.
      Speziell die detaillierten Analysen der Caspaseaktivität
      führten schließlich zu der Schlussfolgerung, dass die
      Belichtung der Komplexe zu einer Einleitung des intrinsischen
      Apoptosesignalwegs führt. Auslöser dieses photozytotoxischen
      Effekts ist die Generierung von Singulett Sauerstoff durch
      die Komplexe, wie mit Hilfe eines Zell-freien Nachweissystems
      festgestellt werden konnte. Das damit verbundene Auftreten
      reaktiver Spezies ist eine weitere elementare Eigenschaft,
      die die Komplexe mit gängigen Photosensibilisatoren teilen.
      Ein Detail, das sie jedoch deutlich von anderen photoaktiven
      Verbindungen unterscheidet, ist ihre zusätzliche Funktion als
      Kinaseinhibitor. Diese Eigenschaft basiert auf dem speziellen
      Design des in allen Komplexen enthaltenen
      Pyridocarbazol-Liganden. Diese Struktur leitet sich von dem
      natürlichen Kinaseinhibitor Staurosporin ab und ermöglicht es
      den Komplexen im aktiven Zentrum dieser Enzymklasse zu
      binden. Der in dieser Arbeit gezeigte Komplex AW0234 ist ein
      selektiver Inhibitor der Rezeptor-Tyrosinkinase VEGFR und
      zeigt einen signifikanten antiangiogenen Effekt in
      dreidimensionalen endothelialen Sphäroiden. Für den
      Rhenium-Komplex war es möglich eine nanomolare Inhibition der
      zytosolischen Proteinkinase Pim1 nachzuweisen, welche
      ebenfalls bekannt für ihre Beteiligung an der Entstehung von
      Krebserkrankungen ist. Letztendlich stellen die in dieser
      Arbeit gezeigten Metallkomplexe somit eine neue Art
      potentieller Wirkstoffe für die Krebstherapie dar, die die
      Vorteile der Photodynamischen Therapie mit denen der
      Kinaseinhibition vereinen.