Antitumormittel: Methylenblau im Reaktionstest

26. Februar 2015
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Theoretische Chemiker simulierten die Anlagerung von Methylenblau, eine der gängigsten Substanzen der Photodynamischen Therapie, an die DNA von Krebszellen. Dieses neue Verständnis der Reaktionsbedingungen erlaubt es, gezielt nach Modifikationen von Methylenblau zu suchen.

Die Photodynamische Therapie ist ein neues Verfahren zur Behandlung von Krebs und mikrobiellen Infektionen, das vorwiegend in der Dermatologie, aber auch in der Onkologie und Augenheilkunde Anwendung findet. Dabei wird dem Patienten eine durch Licht aktivierbare Substanz verabreicht, die sich in den Tumorzellen bzw. in den Mikroorganismen anreichert. Durch anschließende Bestrahlung werden toxische Substanzen, insbesondere Sauerstoffradikale, erzeugt, die Krebszellen oder Mikroorganismen abtöten und damit den Tumor vernichten. Der wesentliche Vorteil an dieser Behandlungsmethode liegt darin, dass keine weiträumige Entfernung von gesundem, nicht vom Tumor befallenem Gewebe von Nöten ist.

Methylenblau als Wundermittel

Die theoretischen Chemiker Juan J. Nogueira, Markus Oppel und Leticia González vom Institut für Theoretische Chemie untersuchen in ihrer Arbeitsgruppe die molekularen Grundlagen der Wirksamkeit von solchen Antitumormitteln. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf dem Verständnis der Mechanismen, die der Photodynamischen Therapie zugrunde liegen. „Eine der am häufigsten eingesetzten Verbindungen für diese Therapie ist Methylenblau“, erklärt Gonzalez. In einer vorangehenden Arbeit konnten die Forscher bereits nachweisen, wie sich das Molekül an die DNA bindet. „Wir konnten allerdings noch keine Aussage treffen, inwieweit die Art der Einlagerung in die Erbsubstanz den Mechanismus der Erzeugung der Sauerstoffradikale beeinflusst“, führt die Chemikerin weiter aus.

Simulation mit Supercomputer

Mittels Computersimulationen am Supercomputer Vienna Scientific Cluster ist es den Wissenschaftlern nun gelungen, die Anlagerung von Methylenblau an die DNA des Zellkerns von Krebszellen zu simulieren. „Es hat sich herausgestellt, dass das eingelagerte Methylenblau durch die DNA von dem in den Zellen vorhandenen Wasser abgeschirmt wird“, resümiert Nogueira. Der Mechanismus der Sauerstoffradikalerzeugung ähnelt daher mehr dem Vorgang im Vakuum und nicht, wie bisher angenommen wurde, dem Reaktionsverlauf in wässriger Lösung.

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Dem Team um Juan J. Nogueira, Markus Oppel und Leticia González ist es gelungen, den Mechanismus der Singlettsauerstofferzeugung von Methylenblau, eingebettet in den DNA-Strang, aufzuklären. © Universität Wien

Modifikation für mehr Effizienz

„Dieses neue Verständnis der Reaktionsbedingungen erlaubt es, gezielt nach Modifikationen von Methylenblau zu suchen, welche einerseits die Einlagerung unverändert lässt, andererseits aber die Effizienz der Erzeugung des toxischen Sauerstoffs steigert, indem unerwünschte Nebenreaktionen unterbunden werden“, freut sich Nogueira. Mithilfe der gewonnenen Erkenntnisse könnte nun die Wirksamkeit von Methylenblau drastisch erhöht werden.

Originalpublikationen: 

Verstärkung der Interkombinationseffizienz von Phenotiaziniumfarbstoffen durch Einlagerung in DNA
J. J. Nogueira et al.; Angewandte Chemie, doi: 10.1002/ange.201411456; 2015

Molecular Dynamics Simulations of Binding Modes between Methylene Blue and DNA with Alternating GC and AT Sequences
J. J. Nogueira et al.; Biochemistry, doi: 10.1021/bi500068z; 2014

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